薄壁板材加工變形控制工藝研究

付　明　吳西彪　姚雪兆（中國核動力研究設計院，四川　成都　610213）

薄壁板材加工變形控制工藝研究

付明吳西彪姚雪兆
（中國核動力研究設計院，四川成都610213）

摘要：在薄壁板材的加工變形中，其變形情況通常具有明顯的難控制性，因此對薄壁板材加工變形控制工藝進行合理的研究具有重要的現實意義。本文主要通過對薄壁板材加工變形控制工藝進行有效的分析，并對薄壁板材變形的有限元分析進行充分的總結，從而進一步對不同精加工余量對薄壁板材變形的影響進行有效的探討。

關鍵詞：薄壁板材；加工變形控制；工藝研究

薄壁板材的各個結構零件通常都具有明顯的剛性差特征，并且受到各種因素的影響作用，就導致其特別容易出現加工變形現象，使得板材的加工精度不能得到有效的控制。而在引發薄壁板材加工變形的各項因素中，切削力是其中的一種重要因素。由于薄壁板材所使用的加工變形模式，通常會和實際的工件材料與相應的板材的結構尺寸之間存在著密切的關聯，因此，刀具在拐角處的運動軌跡所產生的變形越大，就會導致其在切出點出的變形越小，同時，在薄壁板材的初始切削位置的剛性較高，使得其變形情況也較小，而隨著切削工作的進一步開展，致使薄壁所站的面積越來越大，就會導致其變形也逐漸增加。

一、薄壁板材銑削加工工藝分析

（一）薄壁板材銑削力

圖1為薄壁板材銑削過程的分析示意圖。在本文中，為了更加方便的供大家觀察分析，我們把總的切削面積來進行有效劃分，來降氣變成許多個微單元組成，并結合相應的計算，來對每個單元的受力情況進行充分的分析，從而進一步得出薄壁板材銑削力的具體空間分布狀態。最后將多有的單元力相加，就能夠得出總的薄壁板材銑削力。

（二）薄壁板材加工關鍵點的選取

進行直邊的切削且ae

圖2　直邊時切削力計算示意圖

二、薄壁板材變形的有限元分析

（一）薄壁板材變形的有限元模型分析

進行薄壁板材加工時，通常可以運用多種加工方法，其中最主要的是采用由內向外的環切法，使得刀具在框體的中部下刀，再不斷的向外旋轉，如圖3所示。圖3中部分帶有箭頭的實線，通常指的是刀具的外輪廓線所得的實際運動軌跡，我們一般將此來作為有限元模型的重要建模依據，并進一步結合關鍵點的有效選取原則，來對模型中的關鍵點進行更加合理的設置工作，此外，各條直線的交叉點就是有限元模型的建模關鍵點，要求其能夠充分的采用由下往上的方法，來對各個關鍵點的坐標進行更加充分而又明確的設定，促使其生成更加合理的關鍵點，最后再由點生成線，并進一步由線生成面。同時，在整個模型的實際建立過程中，為了能夠更好的促使關鍵點的位置體現出變性的最大值，就要求我們必須將切削用量與坐標位置有效的聯系起來。其中，圖3變為薄壁板材變形的有限元模型示意圖。

（二）薄壁板材變形的有限元變形規律

圖1　薄壁板材銑削過程分析示意圖

1關鍵點的變化規律：當關鍵點所在的位置經過拐角處時，與相鄰的關鍵點比較而言，由于其受力情況比較大，就會促使該部位的變形情況也比較大。而當關鍵點所處的位置位于刀具的切出點時，由于其受力作用比較小，就促使其發生的變形程度也比較小。當關鍵位置位于刀具運動的中心軌跡上時，就會導致其受力較大，從而使得其變形情況也較為嚴重。

2切削變化規律：由于在切削活動的初步進行時，其薄壁板材中心的剛性條件比較好，與同一直線上的其他點相比而言，中心處各個點的變形情況比較小，而隨著刀具不斷地向外呈環形狀切削，我們就會明顯的發現，這種變化規律開始逐漸消失了。而另一方面，伴隨著薄壁板材在模型中所占比例的不斷增加，各個板材中間部位的剛性也開始不斷地減弱，從而使得其所發生的變形情況也越來越強。這就會進一步導致距離約束比較近的兩端部位的變形程度比較小，從而使得在整個直線中，各個關鍵點之間的變形規律呈現出一種拋物線的形狀。

三、薄壁板材變形受精加工余量的影響作用

一般來說，薄壁板材加工變形情況，往往會隨著精加工余量的變化而發生一定的變化，當精加工余量的小于2mm的時候，薄壁板材的變形情況，就會一直隨著精加工余量的增加而不斷增加，同時，一旦精加工余量大于2mm，薄壁板材的變形情況就會隨著精加工余量的增多而減少。究其原因主要是雖然精加工余量增加時其切削力也會增加，導致板材的變形情況也產生一定的增高趨勢，然而由于精加工量的增加會使得板材的厚度也隨著增加，使得板材的剛性能夠得到一定程度上的提高，從而使得板材剛性的增加程度遠遠的超過了切削力增加的程度，這就會導致變形的不斷減小。所以說，精加工余量越大，其板材的變形情況就越小，因此，為了能夠更好的提高加工效率并減小薄壁板材的變形情況，就要求我們在進行最后一刀的精加工時，采用較大的ap進行薄壁板材的銑削加工工作。

圖3　薄壁板材變形的有限元模型示意圖

結語

刀具路徑優化法和大切深法是薄壁板材加工變形控制工藝中最主要的兩種控制方法。一般來說，和各種常規的加工變形控制工藝不同，薄壁板材加工變形控制工藝中的刀具路徑優化法與大切深法，都能夠與薄壁板材的剛性特征進行充分的聯系與結合，來進一步降低板材加工的變形情況。因此，在實際的加工控制過程中，我們不僅可以把這兩種薄壁板材加工變形的加工控制工藝進行單獨使用，也可以實現兩只之間的有效結合，促使其能夠更好的應用到具體的實踐生產活動中。

參考文獻

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中圖分類號：TH161

文獻標識碼：A