基于装夹方案的夹紧力及加工变形仿真

夹具装夹引起的变形是影响薄壁件加工精度的重要因素。针对大型薄壁回转体车削加工过程中工件易变形的问题,应用有限元分析软件,讨论了工件装夹有限元模型中的接触方式、切削力加载以及材料去除方式等关键问题,建立了大型薄壁回转体车削装夹有限元模型。运用所建立模型,分析了夹紧件数量、接触面积以及辅助支撑等因素对夹紧力和工件变形量的影响规律。结果表明,该有限元模型可以有效地预测薄壁件的夹紧力大小和工件变形量,并为薄壁件装夹方案的优化提供可靠的数据支持。     

电火花线切割加工薄壁零件热弯曲的形成机制及实验研究

电火花线切割被广泛认为是一种热物理蚀除工件材料的加工方式,具有不受材料硬度限制、表面质量高和无切削应力等优点。然而,热物理蚀除方式会在工件内部形成热应力,在加工薄壁类零件(厚度小于2 mm)时会体现为热弯曲变形,限制了电火花线切割加工在精密薄壁类零件领域的应用。通过电火花线切割加工薄壁类零件的热平衡分析,揭示薄壁类零件热弯曲的形成机制。设计正交实验,采用方差分析方法,分析加工工艺参数对薄壁类零件热弯曲变形的影响规律,并阐明这些影响规律形成的根本原因。根据方差分析结果,得到的热弯曲变形最小的加工工艺参数组合。实验结果表明:最优加工工艺参数组合可使得热弯曲变形减小到37.0μm。     

HIPSN陶瓷高效精密磨削工艺优化试验研究

目的针对HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷精密加工效率低、成本高、难度大的问题,对HIPSN陶瓷高效精密磨削加工工艺进行优化。方法利用高精度成形磨床对HIPSN陶瓷进行试验,分析砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削后表面质量的影响规律。结果磨削深度由0.005 mm增加到0.050 mm,表面粗糙度值由0.2773μm减小到0.2198μm,并趋于稳定;工件进给速度由1000 mm/min增加到15 000 mm/min,表面粗糙度值由0.2454μm减小到0.2256μm,之后增大到0.2560μm,并趋于稳定;砂轮线速度由20 m/s增加到50 m/s,表面粗糙度值由0.2593μm减小到0.2296μm。随着工件进给速度的增大,表面波纹度平均间距Sw由0 mm直线增加到5.90 mm;随着砂轮线速度的提高,平均间距Sw由2.33 mm直线减小到0.68 mm。优化工艺参数组合:砂轮线速度50 m/s,磨削深度0.030 mm,工件进给速度3000 mm/min。结论表面粗糙度值与磨削深度和砂轮线速度呈负相关,随着工件进给速度的增大,表面粗糙度值先减小后增大,之后趋于稳定。减小工件进给速度、提高砂轮线速度有助于改善表面波纹度。     

金刚石砂带超精密研磨细长脆硬材料的工艺参数研究

基于线性磁带开放协议的第三代磁头的关键部件之一是一种由复合脆硬材料组成的具有特殊外形轮廓的微小细长杆件,由于其长径比大,弯曲变形要求严,使得加工较为困难。本文用固着磨料研磨方法进行外形轮廓研磨,通过测量工件的直线度误差、材料去除率和表面粗糙度,研究研磨压力、速度、磨料粒度以及夹紧力等工艺参数对研磨质量和效率的影响。结果表明,当研磨压力为4.59kPa、速度80次/min、夹紧力9.8N、用粒径1μm的金刚石砂带时效果最优,同时表明工件变形随研磨压力及夹紧力的增大而增大。     

AZ31镁合金小直径薄壁管拉拔工艺及性能研究

实验研究了多道次拉拔过程中拉拔速度、拉拔变形量对AZ31镁合金小直径薄壁管材组织和性能的影响。研究结果表明,温度为300℃、拉拔速度为0.30 mm·s-1时,管材壁厚减薄均匀,可以保证镁合金管材的拉拔顺利进行。多道次拉拔可以成功制备Φ4 mm×0.2 mm的AZ31镁合金小直径薄壁管材。且随着累计变形程度的增加,镁合金的晶粒显著细化,当累积变形量达到95.4%时,平均晶粒尺寸从开始的22μm减小到8μm左右。最终小直径薄壁镁合金管材的抗拉强度达到了247.3 MPa,相应的伸长率为16.8%。     

深冷轧制态H65黄铜板料抗拉强度的尺寸效应

借助光学显微镜、透射电镜、X射线衍射及微拉伸试验等方法研究了深冷轧制工艺对H65黄铜板显微组织和抗拉强度的影响,分析了试样厚度引起的微尺寸效应对其力学性能的影响规律。结果表明:H65黄铜在深冷轧制不同变形量下均无新相产生;经过不同变形量的深冷轧制,H65黄铜板厚度从500μm减薄至70μm,显微组织逐渐细化并出现纤维组织,厚度为100μm时,组织内部出现了高密度位错和大量形变孪晶,孪晶与位错的交互作用显著;随着厚度的减小,强度上升,抗拉强度从原始态的474 MPa增加到734 MPa,表现出"越小越强"的尺寸效应。     

薄壁零件装夹方案设计与优化

针对薄壁零件刚性差,制造过程中在夹具夹紧力和切削力的作用下,容易产生加工变形,严重影响加工精度和表面质量等问题,分析和阐述了提高薄壁零件加工精度的装夹设计方法.研究了基于遗传算法和有限元方法的薄壁零件夹具布局和夹紧力的同步优化设计方法,以一壳体薄壁零件为例,进行了其夹具的装夹方案设计以及夹具布局和夹紧力的同步优化.结果表明该优化方法可以有效地降低由于装夹不当所引起的工件变形程度, 提高工件的加工精度.     

烧结工艺对金刚石锯片切割性能和焊接性能的影响

本文采用正交试验方法设计制造一组切割花岗石激光焊接圆锯片,通过切割试验和扳齿试验考察了烧结温度、保温时间和保压压力对锯片切割锋利度、切割寿命和焊缝破坏性扳齿力矩的影响.结果表明,烧结温度是影响锯片使用性能和焊接性能的最主要因素,当锯片烧结温度分别是790 ℃、820℃、850℃时,其最大切割速度分别为0.95 m/min、1.47 m/min、1.85 m/min.切割寿命分别是18.88 m、20.81 m、24.72 m,扳齿力矩分别是14.33 N·m、17.61 N·m、24.12 N·m;保温时间对三者的影响次之,当保温时间分别是40 s、80 s、120 s时,其最大切割速度分别为1.26 m/min、1.43 m/min、1.58m/min,切割寿命分别是19.69 m、22.16 m、22.56 m,扳齿力矩分别是16.85 N·m、19.0 N·m、20.20N·m;而保压压力对三者的影响最小,当保压压力分别是20 MPa、25 MPa、30 MPa时,其最大切割速度分别为1.47 m/min、1.43 m/min、1.37 m/min,切割寿命分别是20.96 m、21.26 m、22.19 m.扳齿力矩分别是16.69 N·m、20.30 N·m、19.06 N·m.指出,在实际生产中应重视烧结工艺参数的控制.     

夹紧力对7075铝合金薄板件铣削变形影响

针对薄板件装夹及加工时易变形的问题,为研究夹紧力对7075铝合金薄板件铣削变形的影响,对铝合金薄板件进行铣削实验,采用面支撑、四点夹紧的装夹方式,通过改变初始夹紧力的值,对铣削后平面度进行测量。结果表明:在铣削过程中,夹紧力一直处于动态变化中,最大变化幅度为9%,且铣削结束时,夹紧力不会恢复到初始值,初始与结束时夹紧力的最大差值为42N;增大初始夹紧力,切削力也随之增大;铣削后表面的平面度随着初始夹紧力的增大呈现出先增大后减小再增大的趋势。这说明,初始夹紧力的大小对工件变形的影响显著;加工过程中夹紧力的不断变化是影响工件变形的重要原因。     

注射工艺参数对PP薄壁件翘曲的影响

为了消除薄壁件的翘曲缺陷,以外形尺寸为100 mm×60 mm×1.2 mm、表面带有微米级阵列结构的PP薄壁件为研究对象,设计单因素试验探讨各工艺参数对薄壁件翘曲量的影响,并采用退火工艺进一步减小翘曲变形。试验结果表明:翘曲量随注射压力、注射速度及模具温度的升高而增大,随冷却时间的延长而减小;当熔体温度和保压压力增大时,翘曲量先减小后增大;当注射压力低于60 MPa时,塑件出现反向翘曲现象;退火工艺可使薄壁件翘曲量减小20%～40%。     

基于ANSYS分析的液压动力卡盘力学性能的研究

目前,我国液压动力卡盘的研究相对落后,特别是力学性能研究的缺乏严重影响着卡盘夹紧力和传递精度的提升,这严重制约着我国数控机床的发展,因此对液压动力卡盘力学性能的研究迫在眉睫。提出基于ANSYS软件分析液压动力卡盘力学性能的方法,对楔心套、盘体、滑座及工件的接触方式进行定义,对螺栓连接进行模拟,对工作载荷下卡盘的应力和位移进行分析,为后续失效性等的分析奠定基础。另外,利用ANSYS软件对夹紧力进行分析,并与试验结果、理论计算进行比对,验证所提出的力学性能分析方法的正确性。     

航空薄壁件铣削加工铣削力预测方法研究

铣削加工中铣削力是导致加工变形的直接原因,而航空薄壁件加工中,加工变形是加工误差产生的主要因素.本文以航空薄壁件铣削加工过程的铣削力为研究对象,通过确定铣削力模型和切削系数参数,建立了刚性和考虑刀具工件变形耦合的柔性预测两种模型.在柔性模型中,采用预扭Timoshenko梁单元的刀具/工件独立建模的方法建立有限元模型,利用Python语言在通用有限元软件Abaqus下迭代求解.实验验证表明预测模型具有很高的准确性和有效性.     

快装液压夹具的夹紧机理分析与维修

通过对夹具的结构和变形夹紧机理研究,分析了加压扭力和液体压力的关系,以及液体压力与弹性薄壁套的变形位移、弹性薄壁套受到的应力、对夹持棒的压力的关系。介绍了加压扭力的合理选取及夹具的装配方法。通过合理使用加压扭力和采用该装配方法,提高了夹具的使用寿命两倍以上,故障率仅为原来的30%。根据该机理自主研发的夹具能满足中等精度加工的需要,实现了进口夹具的国产化。     

基于遗传算法的接头类薄壁件装夹布局优化设计

以接头类薄壁件为研究对象,针对其在铣削加工中装夹位置的优化设计进行研究。利用UG对四刃立铣刀和零件进行了三维建模。通过有限元分析软件ABAQUS,对不同装夹位置对接头结构件变形的影响进行了模拟。以平均变形量最小为目的,基于MATLAB遗传算法对装夹位置进行了优化计算,确定了最优装夹位置。为航空接头结构件铣削加工中装夹位置对变形的控制提供了有效的方法。     

纵向旋转切削加工对环形零件畸变的影响

通过旋转试验和有限元分析介绍了工件在切削加工过程中产生的畸变情况，分析了工件的装夹方式、切削速度、切削深度和进刀量对100Cr6钢环圆度的影响。通过去应力退火释放冷加工诱发的残余应力后工件的圆度与切削参数有关。另外测试了被试验环的表面残余应力，其表面残余应力与装夹方式有关。将测量的装夹力作为计算参数输入，通过有限元分析方法测试了装夹方式对工件变形的影响。协同测量结果示出了装夹方式影响工件变形的一个主要因素，表面残余应力与工件的径向变形有关，最大的拉伸应力位于夹口位置。旋转切削试验结果表明，提高切削速度圆度会稍有增加；随着切削深度的加大，圆度呈下降趋势，尽管切削力增加了；进给量的增加会导致更高的切削力，因此圆度值也增加；常规的去应力退火可使被加工环的圆度值增加。     

Improving the shape quality of bearing rings in soft turning by using a Fast Tool Servo

In machining of ring shaped components, the workpiece is deformed by the clamping forces of the chuck. This elastic deformation generates shape deviations in soft turning. Moreover, the machining process generates locally varying residual stresses which contribute to shape deviation of the workpiece. Hence, in machining of thin-walled bearing rings hexagonal out‐of‐roundness up to 200 μm occur. In order to minimize the shape deviations, a long stroke Fast Tool Servo (FTS) for controlling the depth of cut was developed. The applied FTS differs from other published FTS systems in the guidance design. The moving tool holder is suspended to the FTS frame by flexure joints instead of using a linear guidance. The flexure joints provide a low stiffness in moving direction and high stiffness in orthogonal directions. The high stiffness in cutting force direction is essential for a real time reduction of shape deviations in soft turning. In this paper, results of an experimental investigation for the reduction of the shape deviation by adapted non circular machining are presented, using the developed FTS. Based on the results, the influence of the cutting forces on part accuracy is discussed.     

薄壁件铣削加工刀具几何参数优化

针对汽车检具薄壁件铣削变形问题,通过改变铣刀的几何参数建立铣削单因素和三因素四水平的正交实验。利用有限元软件AdvantEdge和ABAQUS分别对铣削加工过程和加工残余应力引起的变形进行仿真,研究不同的刀具几何参数对工件变形的影响。采用田口法分析了刀具几何参数对加工变形的综合影响程度。结果表明:刀具后角对工件加工变形影响的最为显著,螺旋角次之,前角最不显著;获得AA5083铣削的铣刀刀具几何参数组合。通过实验对优化后的刀具几何参数的正确性进行验证,证明该方法是检具薄壁件加工中刀具几何参数优化选择的一种有效的方法。     

刀片表面粗糙度对工件表面残余应力分布影响的分析

目的探究硬质合金刀片表面粗糙度对加工工件表面残余应力分布的影响。方法首先通过Advant Edge FEM软件建立斜角三维切削模型,得出刀-屑间的摩擦模型。然后采用化学机械抛光方法对硬质合金刀片表面进行预处理,制备不同表面粗糙度的硬质合金刀片,通过对不同表面粗糙度的刀片进行四因素四水平的正交切削实验获得切削力,结合切削力的实验结果及刀-屑之间的摩擦模型,获得刀-屑间的摩擦系数,基于Advant Edge FEM对切削残余应力进行模拟仿真。最后,结合实验对仿真模型的合理性进行验证。结果采用表面粗糙度为0.02、0.04、0.08、0.2μm的硬质合金刀片切削45钢时,工件表面的最大残余应力分别为621.51、655.46、654.69、687.29 MPa。采用表面粗糙度为0.02μm的硬质合金刀片切削与采用表面粗糙度为0.2μm的硬质合金刀片切削相比,工件表面的最大残余应力减小了10.58%。结论硬质合金刀片的表面粗糙度越小,切削工件表面的残余应力越小。     

Model-based form error compensation in the turning of thin-walled cylindrical parts

The turning of thin-walled, hollow, cylindrical parts is often not possible when using the common hydraulically operated 3- or 4-jaw chucks. This is due to the deformation of the part by the clamping force of the chuck. Even low clamping forces cause elastic deformations of the clamped workpiece, which results in surface errors due to machining after the unclamping and elastic recovery of the part. For this reason, several approaches have been adopted in the past in order to quantify and minimise the clamping-induced deformations. In this paper a model-based error compensation for thin-walled, cylindrical parts in turning is presented as a universal solution. In this work, a compensation by different models is designed and realised by an intelligent, adaptive and interchangeable turning tool holder with integrated sensors and actuators.