航空铝合金7075_T7451薄壁件铣削加工模拟及变形预测
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［ 5］ 材料的热参数包括 ： （ & ）热传导率 ) 0 ； （-） 热膨
胀系数 #； （(） 比热 0。铝合金 =#=% 3 >=;%& 的热参数 值如下表 & 所示。
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［ U M R］ 材料失效应力等。为此， 很多做切削仿真的学者
功能强大的有限元分析软件 (I(V8>&Q ! ， 综合考虑金 属切削机理及材料物理性能， 结合实验， 建立了切削力 模型， 研究了上层材料对下层材料切削力的影响， 并对 切削参数进行了优化， 有效地预测工件加工变形， 提高 加工质量。
0! 有限元分析模型
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
其材料性能参数如表 - 所示。工件尺寸为 为 (+ ! ’’， &- ’’ C ( ’’ C % ’’， 材料选定为航空铝合金 =#=% 3 >=;%& ， 其主要力学性能参数如表 ( 所示， 其他性能参 。模拟分析过程， 刀具切削线速度 数见参考文献 ［=］ 设为 1 < &% ’’ @ 2， 切削深度为 #+ % ’’， 进行模拟分析 计算， 具体模拟过程， 如图 ( 所示。
! + %# 切削力试验值 为了验证三维斜角切削数值模拟结果的精确性， 本研究结合工厂常用铣削厚度的实验值与仿真值进行 比较。实验工件材料为航空铝合金 414, ( 54*,) ， 刀 具采用与模拟中相同几何角度的 !)0 两齿整体硬质 合金立铣刀， 螺旋角 " ! 6 .17 。切削试验是在高速精密 五轴联动米克朗 89$011 :%;<= 数控加工中心上进行的， 切削力测量采用 ><?&@A;"/,4 B 型三向压电式测力仪。
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
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
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［ 5］ 则 。他们独创的这个准则是通过大量的试验总结
获得的， 其考虑了应变， 应变率， 温度和压力参数。 .— , 失效准则提供了材料到达失效点时等效塑性应变的 计算方法， 具体形式为： " " !（ +& # +- 79:+( ! ） & # +; 61 , "#
*# 切削加工过程模拟
本研究刀具前角 # & < &DE ， 刃倾角 $ < -DE ， 宽度设 ! $ "# 工件材料本构模型的建立 （&） 材料的本构关系 本文 采 用 ./012/1 3 ,//4 准 则 来 描 述 工 件 材
［ 5］ 料 。./012/1 3 ,//4 准则常用于模拟金属材料从低
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表 *# 合金刀具材料参数
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! + $# 工件变形分析 由路径 $%&’ ( ) 上的位移可知 （ 图 0） ， 工件在末 边缘 1 2 / 33 处位移较大， 最大变形在加工边缘处， 约为 1+ )/ 33， 加工表面误差度约为 1+ ! !3。由于加 工温度使加工表面材料软化， 受到刀具挤压的切削力
・# !" ・
滚动导轨副成形磨削加工技术
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。
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
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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! + "# 切削力仿真值分析 切削力仿真模拟值， 如图 , 所示为工件 ( 刀具所 受合力的力 ( 时间图。由图可知， 切削第一刀时切削 力约为 ),! -， 波动较小； 切削第二刀时切削力约为 )., -， 波动较大。切削下层材料比切削上层材料时约 小 /. -， 原因是切削第一刀时产生的切削热导致下层 材料软化， 切削力减小。
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功能强大的有限元分析软件 (I(V8>&Q ! ， 综合考虑金 属切削机理及材料物理性能， 结合实验， 建立了切削力 模型， 研究了上层材料对下层材料切削力的影响， 并对 切削参数进行了优化， 有效地预测工件加工变形， 提高 加工质量。
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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
其材料性能参数如表 - 所示。工件尺寸为 为 (+ ! ’’， &- ’’ C ( ’’ C % ’’， 材料选定为航空铝合金 =#=% 3 >=;%& ， 其主要力学性能参数如表 ( 所示， 其他性能参 。模拟分析过程， 刀具切削线速度 数见参考文献 ［=］ 设为 1 < &% ’’ @ 2， 切削深度为 #+ % ’’， 进行模拟分析 计算， 具体模拟过程， 如图 ( 所示。
! + %# 切削力试验值 为了验证三维斜角切削数值模拟结果的精确性， 本研究结合工厂常用铣削厚度的实验值与仿真值进行 比较。实验工件材料为航空铝合金 414, ( 54*,) ， 刀 具采用与模拟中相同几何角度的 !)0 两齿整体硬质 合金立铣刀， 螺旋角 " ! 6 .17 。切削试验是在高速精密 五轴联动米克朗 89$011 :%;<= 数控加工中心上进行的， 切削力测量采用 ><?&@A;"/,4 B 型三向压电式测力仪。
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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本研究刀具前角 # & < &DE ， 刃倾角 $ < -DE ， 宽度设 ! $ "# 工件材料本构模型的建立 （&） 材料的本构关系 本文 采 用 ./012/1 3 ,//4 准 则 来 描 述 工 件 材
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表 *# 合金刀具材料参数
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! + $# 工件变形分析 由路径 $%&’ ( ) 上的位移可知 （ 图 0） ， 工件在末 边缘 1 2 / 33 处位移较大， 最大变形在加工边缘处， 约为 1+ )/ 33， 加工表面误差度约为 1+ ! !3。由于加 工温度使加工表面材料软化， 受到刀具挤压的切削力
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滚动导轨副成形磨削加工技术
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。
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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
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