航空铝合金7075_T7451薄壁件铣削加工模拟及变形预测

殷玲香
（ 南京工艺装备制造有限公司， 江苏 南京 $%"""& ） 摘# 要： 介绍了成形磨削的加工机理、 成形修整技术的应用及磨削效率的控制， 解决了滚动导轨副零件高精 度、 复杂形状的加工困难问题， 并通过研究磨削效率降低砂轮用量， 提高了产品质量及加工经济性。 关键词： 金刚滚轮# 成形修整# 修整速比# 磨削效率
航空铝合金 !"!# $ %!&#’ 薄壁件铣削加工 ! 模拟及变形预测
王聪康( 彭承明( 路( 冬( 钟晓宏
（ 南昌航空大学航空制造工程学院， 江西 南昌 $$%%&$ ） 摘! 要： 在考虑刀具变形、 工件及刀具材料性能参数的基础上， 建立了三维斜角切削力有限元模型， 利用有限 元分析软件 "#"$%&’( ) 对航空铝合金 *+*, - .*/,0 材料进行了铣削仿真模拟， 获得了切削力、 工 件变形情况、 上层材料对下层材料切削力的影响、 切屑形状与大小等规律。其次， 针对航空铝合金 *+*, - .*/,0 材料铣削过程进行了切削试验， 结果表明所提出的切削力有限元模型具有可行性， 可 以有效地预测薄壁件的铣削加工变形。 关键词： 残余应力! 铣削力! 有限元模型! 切屑
分别取一系列节点， 形成路径 $%&’ ( ) ， 如图 * 白线所 示。
作用， 使工件靠近边缘 1 2 / 33 处产生较大位移。
! + !# 切屑分析 图 4 为航空铝合金 414, ( 54*,) 材料有限元模拟 的切屑和实验切屑的对比， 可知两种切屑的形状和大 小都很相近， 都是螺旋卷起来， 直径为 ) 2 / 33。
表 *# 合金刀具材料参数
密度 % （ . 4B @ ’( ） &; %## 弹性模量 2 . FGH %!# )0 . 泊松比 0. ［ .（ @ 4B・A ） ］ & ［ ?（ @ ’・ A ） ］ #$ ( --# &&-
应变率到高应变率下的动态行为， 该模型利用变量乘 积关系分别描述应变、 应变率和温度的影响。 ./012/1 3 ,//4 准则具体表述为： " ! !（ " # $ " ） & # ’ 61 , "#
0 Q 0! 初始残余应力施加 毛坯采用航空铝合金 "%"R M S"TRU 为加工原件。 在毛坯内施加 ! 向和 " 向的初始残余应力， 其内部的 残余应力分布规律如图 U 所示。 0 # =! 三维斜角铣削模型建立 系统采用 (I(V8> 有限元分析软件的动力、 显式 分析模块。刀具单元选取为三角形单元， 网格尺寸为
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#$ %& ’’， 单元类型为 ( 节点三维缩减积分单元 )(*( 。工件网格采用局部网格技术， 在应力较集中的 部位采用较密的网格， 网格尺寸为 #$ &# ’’， 在距离切 削较远的部位采用较粗大的网格， 网 格 尺 寸 为 &+ ## ’’， 单元类型为六面体 ! 节点三维实体缩减积分单元 ,(*!)。通过有限元软件建立的有限元铣削模型如图 - 所示。
!"##"$% &"’(#)*"+$ )$, -".*+/*"+$ 0+/1).* +2 34/+’4*)# 5657 8 95:7; 9<"$ 8 =)##4, >+/?@"414
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致力于二维正交或简单三维斜角切削加工变形对加工 误差影响的研究， 而针对贴近实际的三维斜角切削过 程模拟研究得很少。因此， 为了更好地发挥铣削仿真 机能， 提高实际加工精度和切削效率， 笔者采用非线性
（ &UZ%U%Z%U%T ） ； 南昌航空大学研究生创新基金项目 （ [+\%%Z%\ ） ! 航空支撑制造技术项目
化温度 ， "、 $、 ’、 * 和 & 为材料属性。 材料的失效准则 （-） 随着刀具的切入， 当工件材料的等效塑性应变 + 达到 & , # 时， 材料失效， 实现被切单元与工件脱离。其 失效准则是把每个工件单元定义为等效塑性应变：
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"# 仿真结果与分析
在工件铣削完第二刀后的表面中间沿 4 向边缘
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式中： 屈服应力的变化率 ! ! < ! * . !， 其中， ! * 为屈服 -， (， ;， 应力， ! 为非应变率下的屈服应力。 +（ / / < &， %） 为材料参数。 ! , $# 材料的热参数
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