航空薄壁件三维铣削过程的有限元仿真.pdf

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1、工艺与检潮T0ehn010gyand航空薄壁件三维铣削过程的有限元仿真辛顺强叶海潮王聪康(南昌航空大学航空与机械工程学院，江西南昌330063)摘要：铣削加工中铣削力是导致；~n-r变形的直接原因，而航空薄壁件Jj~-r中，JJNT变形是JJU'r误差产生的主要因素。通过有限元法对航空薄壁件的铣削过程进行三维仿真模拟。揭示了切削深度、切削速度以及摩擦因素对切削力的影响。关键词：有限元法薄壁件铣削切削力TheFiniteElementSimulationsofThree-dimensionalMillingProcesstotheAirnauticaIT

2、hin—walledPartsXINShunqiang。YEHaichao，WANGCongkang(SchoolofAeronauticalandMechanicalEngineering，NanchangHangkongUniversity-Nanchang330063，CHN)Abstract：Themillingforceisthedirectcausethatleadstodeformationprocessing，butfortheprocessingofairthinpieces，machiningerrorsisamajorfactor

3、thatresultsdeformation．Throughthree—dimensionalsin1．ulationsofairnauticalthin—walledpartsofmillingprocessusingfiniteelementmethod，itwasrevealedthatcuttingforcewasimpactedbythedepthofcut，cuttingspeedandfrictionfactorsdircetly．Keywords：FiniteElementMethod；Thin-wallParts；Milling；Cu

4、ttingForce航空薄壁件因其特有的强度高、重量轻、具有高承材料弹塑性变形行为可以简述如下：在小应变时，材料载性等特点，越来越多地在航空工业中得到应用，特性质基本为线弹性，弹性模量E为常数；应力超过屈别是在要求降低自身重量又不失强度、刚度的大型飞服应力(yieldstress)后，刚度会显著下降，此时材料的机制造中得到很好的应用J。但是薄壁零件刚性差，应变包括塑性应变(plasticstrain)和弹性应变(elastic强度弱，在加工中极易变形，使零件的形位误差增大，strain)两部分；在卸载后，弹性应变消失，而塑性应变不易保证零件的加工质量。

5、铣削加工作为加工整体是不可恢复的；如果再次加载，材料的屈服应力会提梁、框、肋等形状复杂、大尺寸、弱刚度薄壁构件最为典高，即所谓的加工硬化(workhardening)。型的方法在航空制造中被广泛采用。在单向拉伸／压缩实验中得到的数据通常以名义目前针对切削加工的有限元仿真模拟一般都集中应变⋯和名义应力or。表示，其计算公式为在二维正交切削上，而针对实际的三维铣削过程占。=Al／1o(1)模拟研究的很少。为了能够真实地反映铣削加工过or=F／A0(2)程，笔者采用有限元软件ABAQUS建立铣削加工的有式中，△z为试样的长度变化量；为试样的初始长度；F限元三

6、维模型，获得了铣削力，并分析了铣削力随切削为载荷；A为试样的初始截面面积。深度、切削速度变化的规律，同时研究了摩擦因素对切为了准确地描述大变形过程中截面面积的改变，削力的影响。需要使用真实应变(又称对数应变)和真实应力or，它们与名义应变。和名义应力or。之间的换算1有限元模型公式为1．1材料模型~=turef半=lnf≠1=In(1+)(3)ABAQUS默认的塑性材料特性应用金属材料的经典塑性理论，采用Miss屈服面来定义各项屈服。金属$航空科学基金项目(2006ZE56006)；江西省教育厅科学技术研究基金项目(2007—172)；南昌航空大学研究

7、生创新基金资助项目(YC2008028)·12O·：矿zuIu年幂等’朋Techn010gyandTesf工艺与检测==—。AJ_寺_=。(1+。)(4)式中：f为试样的当前长度；A为试样的当前截面积。真实应变~ture是由塑性应变。和弹性应变。两部分构成。在ABAQUS中定义塑性材料参数时，需要使用塑性应变，其表达式为1=一=一(5)1．2铣削模型的建立通用有限元软件ABAQUS具有强大的线性和非图2三维切削有限元模型线性求解能力，本文主要是利用其动力、显式分析模2切削加工过程模拟块。本文中刀具设置为刚体，不考虑刀具在切削过程从宏观上讲，铣削加工是一

8、个断续切削过程，其切中的变形。工件材料为航空材料7075铝合金，弹性模削力作用点时刻在变化着。