【文章內容簡介】 坯直接‘掏空’而加工成型，所以加工時有凸臺的一面需要去除大余量，所產生的殘余應力也會比另外一面大，結構件會如圖二所示向有凸臺面彎曲變形，再有結構件有一面是半框面，相當于只有一側有外形面，沒有外形面的一側沒有剛性支撐，加工中會向這一側彎曲變形。通過文獻 【12】 得知，對于此類結構件，不對稱結構導致不對稱去除毛坯造成的殘余應力不對稱釋放對變形的影響遠大于其他原因的影響，因此我們也主要研究殘余應力對變形的影響及如何應對。據最原始的加工數據，粗加工去除大余量過后，結構件會按圖二所示方向變形超過2mm（下圖所示，圖中塞尺為 2mm），只有安排校正工序來滿足后續(xù)加工，加工出合格結構件。腹板方向變形外形方向變形中央電大畢業(yè)設計(論文)圖 五第二節(jié) 變形解決的方案一、應力方面結構件產生變形的根本原因在于其內部的殘余應力，而殘余應力的產生根本是由于材料內各部分有不均勻的形狀和體積變化。在其材料成型、熱處理、切削過程等，都會形成不均勻的殘余應力。殘余應力，一種是想辦法消除，再一種就是想辦法抵消。此類薄壁結構件去除材料改變了內殘余應力釋放和重新分布引起的變形。加工的主要集中在粗加工去除大余量的時候，傳統(tǒng)的消除的方法是時效，釋放應力，再通過校正，恢復原狀態(tài)。通過實際變形的狀態(tài)，可以預測和采取原材料供應狀態(tài)，但在材料固定下基于實際變形狀態(tài)，只考慮殘余應力的影響，我們通過加工中盡量對稱去除材料，合理安排加工順序，使產品內殘余應力合適釋放，進而消除、抵消變形，我們從以下幾個方面入手。切削加工過程引起的應力與毛坯制造的殘余應力在同一數量級上，但是只限于加工結構件表面，加工后零件內的殘余應力釋放導致變形，我們從加工設備上，選擇工作穩(wěn)定性好的高速切削設備，主軸轉速 20220 轉以上，切削速度 8000mm/min以上，軸向切深可達到 4mm，徑向切深可達到 50%刀具直徑，并且加工前要對主軸進行充足的預熱，使其達到平衡狀態(tài)，這里高速主軸熱變形會導致主軸伸長，刀具也會受熱伸長，就會導致工件尺寸超差，故高速主軸預熱很必要。以較快的速度切削，縮短加工時間，切削區(qū)的熱量來不及傳給工件，所以不部分熱量留在鋁屑中，由鋁屑帶走，工件基本不受切屑熱的影響，也就消除了切削熱帶來了的應力變形。去除大余量材料加工，借助高速加工的轉速高，切削力低，再輔以冷卻液，釋放切削熱，對應熱塑變形效應（在切削過后產生的切削熱使表層收縮多，里層收縮少。表層的收縮受里層的牽制，因而表層存在張應力，里層存在壓應力），并在去除大2mm 塞尺，可入中央電大畢業(yè)設計(論文)余量材料加工后進行充分的時效，釋放掉耦合作用下的殘余應力，即可有效消除大部分殘余應力，控制變形。 在刀具切削去除材料后，里層金屬有彈性的恢復，即在已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失。彈性變形趨于復原，但受到表層金屬的牽制，因而在表層造成應力狀態(tài)。參考圖六，腹板變形的示意圖，引至文獻 【12】 。這時在刀具的選擇方面，在刀具耐用度允許的情況下，選用較大的刀具前角和后角。在文獻 【15】 中提出殘余應力管理技術（RSM），從不同的角度討論減小殘余應力的方法，對于刀具前角，該文指出，前角每增加 1 度，切削溫度及切削力會降低10%。圖 六在加工方法上，程編刀具的軌跡要避免重復，避免刀具碰傷已加工變形的切削面；框面的粗加工，要選擇層優(yōu)先，應力得以均勻釋放；進退刀方式應采用斜向或圓弧，并且角度＜10176。，盡量不采取垂直進退刀，減少對工件的作用力；當然切削刀具要保持鋒利，良好的切削狀態(tài)。下圖黃色線即為圓弧進刀，且進刀角度＜10176。圖 七在加工順序上，要降低毛坯的內應力，采用自然或人工時效及振動處理，均可有效消除內應力。預先加工也是行之有效的工藝方法。對毛坯很大，工件很小的，由于其余量很大，其切削所產生的切削力大，切削熱多，變形也會很大。故我們先加工掉毛坯的多余部分，縮小各部分余量，不僅可以減少后序加工變形，還可以留置出時效時間，釋放一部分內應力。我們研究的長梁類結構件，毛坯總量約 30kg，圓弧進刀中央電大畢業(yè)設計(論文)而最后的成品重量僅為 ，見下圖圖 八從結構件自身剛度入手，增強剛度抑制一部分變形，在結構件的自身幾何結構上，其不對稱的特征引起的變形，我們通過套材方式及工藝凸臺進行結構補充，讓其完整，成為近似對稱結構，即達到對稱銑削，并且工藝凸臺的增設可以增強其自身剛度，從而抵消其因不對稱的幾何結構引起應力變形，增設的工藝凸臺如圖九所示，圖 九采用套件的方式，增設中間的工藝凸臺，讓結構件成為近似對稱的結構，補償半框面一側沒有的外形面，這樣在外形方向（圖四）的變形將被抵消；并且工藝凸臺會增強結構件自身的剛度，在有凸臺的一面去除大余量過后，會減少腹板方向（圖四）的變形。下圖為實驗件，按我們工藝設計的結構，為對稱設計，使用 20220 轉高速設備工藝凸臺工藝凸臺工藝凸臺沉頭螺釘毛 坯工 件中央電大畢業(yè)設計(論文)加工，采取快速切削。圖 十二、裝夾方式方面裝夾的夾緊力產生在工件與工裝之間的接觸區(qū)域上，理想的工裝墊板是平面度為“0”，不過在實際加工中由于制造、設計等等原因，工件與工裝墊板貼合壓緊后，會在夾緊力的作用下變形，原始的工裝采取標準件拼裝，不能適應結構件的形狀，其裝配間隙、公差對控制變形影響很大。從裝夾方式上，初始的方式采用普通的墊板和壓板進行裝夾，普通的墊板不能跟隨結構件的結構特征進行有效的支撐，壓板的壓緊力大小、不平均都會影響加工狀態(tài)，造成變形，還會對加工造成干涉，影響加工效率。增加輔助支撐、壓緊點，分散受力點、增加壓緊接觸面積，還可以把單邊不對稱結構，設計成對稱結構，對于薄壁且面積大的腹板面，還可以采取真空平臺吸附裝夾方式。設計專用工裝（圖四）可以對結構件進行有效的支撐，增強結構件自身剛度，控制變形的同時也增強加工剛性，提高加工質量和加工效率。壓緊采用沉頭螺釘（圖二），沉頭螺釘的優(yōu)勢在于壓緊力直接傳遞到工藝凸臺，工藝凸臺整體與結構件連接，壓緊力的大小、不均勻都不會對加工狀態(tài)有直接的影響，并且沉頭螺釘埋在工藝凸臺里面，不會對加工造成干涉，可以提高加工效率。 中央電大畢業(yè)設計(論文)圖 十一最后經過試驗件的驗證，變形得到有效的控制，通過對設備，刀具，加工方法，加工順序，工裝墊板的設計使用等方面，如下圖所示，塞尺厚度為 。圖 十二 塞尺，不入中央電大畢業(yè)設計(論文)第二章 加工剛性的影響因素分析及解決方案第一節(jié) 加工剛性的影響因素分析金屬切削加工中會因為剛性差而產生振動，這是一種十分有害的現象。從設備的安裝開始，隔震地基、傳動系統(tǒng)缺陷等等。若加工中產生了振動，刀具與工件間將產生相對位移，會使加工表面產生振痕，嚴重影響結構件的表面質量和性能；刀具極易磨損(甚至崩刃) ，嚴重時甚至使切削加工無法繼續(xù)進行；振動中產生的噪音還將危害操作者的身體健康。為減小振動，有時不得不降低切削用量，使機床加工的生產效率降低。一般，切削過程中產生的振動都具有自由振動、強迫振動和自激振動。引至文獻【17 】 ，加工設備受迫振動占 50%~60%，自激振動占 30%~40%。其中自激振動是加工中遇到的主要振動形式。切削過程中的自激振動又稱為顫振，是比較常見的振動形式，其實一個閉環(huán)系統(tǒng)，如不抑制，會變大，故消除顫振是一個重要問題。顫振的產生會是由模態(tài)耦合