關于初始殘余應力對薄壁回轉件加工變形的影響探究

彭應征

摘要：近年來，伴隨著我國綜合實力的提升，航空工業(yè)發(fā)展隨之也得到了不錯的發(fā)展。由于飛機與人們的出行安全有著密切的聯(lián)系，所以，在現(xiàn)代化社會中人們逐漸提高了對飛機性能的要求。薄壁件作為飛機制造的元素之一，雖然薄壁件自身的優(yōu)勢能給飛機制造帶來諸多好處，但不可否認的是，其在加工的過程中仍會受到殘余應力等因素影響導致變形。基于此，加大對初始殘余應力對薄壁回轉件加工變形造成的影響研究極為迫切。

關鍵詞：初始殘余應力;薄壁回轉件;加工變形影響

0? 引言

對于薄壁件而言，由于薄壁件自身有著質量小、強度高等優(yōu)勢，所以，薄壁件在不斷的推廣中被廣泛的應用在了飛機制造上。但不可否認由于薄壁件本身的剛性比較弱，所以，在加工的過程中，薄壁件非常容易受到殘余應力等諸多因素的影響，繼而發(fā)生變形，嚴重的話還會對零件加工的精準度與產(chǎn)品合格率造成影響。經(jīng)研究調查可知，目前我國對薄壁件殘余應力分布與加工變形進行的仿真試驗非常多。如：畢云波等人就曾通過有限仿真對初始殘余應力以及切削可能給薄板加工造成的影響進行了研究。雖然我國在該方面內容的研究較為豐富，但大部分研究內容都有關薄板零件，對于薄壁回轉件加工的定量分析尚且還不夠全面。基于此，本文將通過淬火過程與加工變形有限元仿真對該方面內容進行研究，進而為優(yōu)化加工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

1? 淬火過程與加工變形有限元仿真

針對淬火過程與加工變形有限元仿真的研究，本文將從以下幾個方面對其進行闡述：

1.1 毛坯淬火過程有限元仿真

在該仿真過程中，本文將選取7075鋁合金為毛坯，內徑為二十厘米，壁厚為一厘米，高度為五厘米。除此之外，在密度與泊松比上本文的取值分別為每立方米二千八百千克與零點三。DC3D8和C3D8R分別是熱傳導與熱應力分析時的網(wǎng)格類型代表，兩者的時間大致為兩分鐘。在該過程中，壓應力與只在小范圍中存在的拉應力是徑向殘余應力的基本表現(xiàn)。而上面與下面為壓應力反應是周向殘余應力的表現(xiàn)。位于中間的是拉應力，拉應力最大值為94.8MPa，通常情況下其拉應力上下為對稱分布。

1.2 毛坯加工過程的有限元仿真

在加工過程中有限元仿真中，我們首先需要做到是把仿真過程中得到的殘余應力當做新的初始條件，并且需要將其應用到有限元軟件中，進行仿真切削加工。從實際的加工過程可知，在切削的時候就已經(jīng)引入了全新的殘余應力，但在引入過程中需要注意的是，深度要淺一些，這樣才能保證整個工件在加工過程中變形幾率減小，進而才能在不考慮因素對有限元仿真結果造成的影響。最終得到薄壁回轉構件變形量的大小。

2? 實驗過程與結果分析

2.1 殘余應力的測量與分析

通過對鋁合金毛坯零件分析可知，這類毛坯的厚度通常較大，所以可在沒有對加工造成影響的情況下，選用破壞性較小的鉆孔法與MTS3000型參與應力分析儀進行測量。具體實施步驟如下：首先需要沿著毛坯外表面中心線角度選取四個點。經(jīng)過有關驗證，通過對殘余應力仿真與測量結果的對比，仿真與試驗測量結果最小的誤差為10.27%，最大的誤差為16.85%。另外，還可從中得出一個結論。即：實際測量得到的結果比仿真測量得到的結果要小得多。而導致該結果偏差的原因主要源于：仿真實驗是在一個理想環(huán)境中進行的，然而實際測量中的水溫是不可能保持恒溫不變的，再加上測量中存在的認為因素同樣會對最終的仿真結果造成影響，所以，自然會出現(xiàn)實際測量結果小于仿真結果的現(xiàn)象。除此之外，在仿真中，如果鋁合金在淬火前，其殘余應力為零，而鋁合金實際淬火前，其內部就已經(jīng)存在一定的殘余應力了，所以，在完成淬火后，這部分殘余應力同樣會對自然結果造成影響，而這也是導致實際與仿真結果不一樣的原因之一。

2.2 薄壁回轉構件的切削過程與變形測量分析

針對該方面內容的分析，本文將從以下幾個方面進行：首先，車削加工方案。當數(shù)控車床在對毛坯進行加工的時候，即使此時的毛坯厚度非常大，但在經(jīng)過數(shù)控機床加工后毛坯厚度將逐漸變薄，剛性也將慢慢削弱下來。此時，在進行加工過的時候雖然薄壁回轉構件會很容易發(fā)生變形，但與此同時薄壁回轉構件的軸向剛性也將得到一定的提升。因此，就需要選擇一個厚度剛好的鋁合金圓板把端面壓緊，中心可通過螺母與中心軸擰緊。在實際加工的過程中，還需要應用冷卻液，降低切削可能對工件變形的影響。其次，加工變形的測量方案。在完成上述所說的工件切削工程之后，首先需要做的是對工件兩組路徑的徑向變形量進行測量。路徑一為在外圓等測八個點，然后以起始點為測量零點。路徑二為軸向方向依次測量七個點，以中間位置為測量點，并將這兩個測量結果與有限元仿真結果進行對比驗證。經(jīng)過有關驗證，路徑一的徑向變形量變化趨勢為：先增加，再減少，然后再增加，其中最大的徑向變形值為零點一五毫米。而仿真實驗中最大的徑向變形量為零點一六毫米，而且兩者的變化趨勢幾乎一樣。路徑二的徑向變形量變化趨勢為，先減小，再增加，然后呈上小分布對稱，其中最大的徑向變形值為零點一四毫米，仿真實驗的徑向最大變形量為0.173毫米。當然，仿真與試驗雖然有著很多的相同之處，但不可否認的是兩者之間也存在著許多不同。例如：仿真的變形量與實際實驗相對，仿真的值要大一些。以上就是有關初始殘余應力對薄壁回轉件加工變形的影響探究，有關人員需要對其加以重視，進而促使薄壁件得到更好的加工，并保證加工的準確性。

3? 結束語

總而言之，通過上述對該方面內容的深入研究可知，有限元模型與方法不僅能夠準確得到鋁合金淬火殘余應力與切削加工的變形，而且對實際切削加工變形等問題具有一定的參考價值。

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