【文章內(nèi)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(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會比另外一面大，結(jié)構(gòu)件會如圖二所示向有凸臺面彎曲變形，再有結(jié)構(gòu)件有一面是半框面，相當(dāng)于只有一側(cè)有外形面，沒有外形面的一側(cè)沒有剛性支撐，加工中會向這一側(cè)彎曲變形。通過文獻(xiàn) 【12】 得知，對于此類結(jié)構(gòu)件，不對稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不對稱去除毛坯造成的殘余應(yīng)力不對稱釋放對變形的影響遠(yuǎn)大于其他原因的影響，因此我們也主要研究殘余應(yīng)力對變形的影響及如何應(yīng)對。據(jù)最原始的加工數(shù)據(jù)，粗加工去除大余量過后，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件。腹板方向變形外形方向變形中央電大畢業(yè)設(shè)計(論文)圖 五第二節(jié) 變形解決的方案一、應(yīng)力方面結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生變形的根本原因在于其內(nèi)部的殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的產(chǎn)生根本是由于材料內(nèi)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(yīng)力。殘余應(yīng)力，一種是想辦法消除，再一種就是想辦法抵消。此類薄壁結(jié)構(gòu)件去除材料改變了內(nèi)殘余應(yīng)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(yīng)力，再通過校正，恢復(fù)原狀態(tài)。通過實(shí)際變形的狀態(tài)，可以預(yù)測和采取原材料供應(yīng)狀態(tài)，但在材料固定下基于實(shí)際變形狀態(tài)，只考慮殘余應(yīng)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(chǎn)品內(nèi)殘余應(yīng)力合適釋放，進(jìn)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(yīng)力與毛坯制造的殘余應(yīng)力在同一數(shù)量級上，但是只限于加工結(jié)構(gòu)件表面，加工后零件內(nèi)的殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致變形，我們從加工設(shè)備上，選擇工作穩(wěn)定性好的高速切削設(shè)備，主軸轉(zhuǎn)速 20220 轉(zhuǎn)以上，切削速度 8000mm/min以上，軸向切深可達(dá)到 4mm，徑向切深可達(dá)到 50%刀具直徑，并且加工前要對主軸進(jìn)行充足的預(yù)熱，使其達(dá)到平衡狀態(tài)，這里高速主軸熱變形會導(dǎo)致主軸伸長，刀具也會受熱伸長，就會導(dǎo)致工件尺寸超差，故高速主軸預(yù)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(yīng)力變形。去除大余量材料加工，借助高速加工的轉(zhuǎn)速高，切削力低，再輔以冷卻液，釋放切削熱，對應(yīng)熱塑變形效應(yīng)（在切削過后產(chǎn)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(yīng)力，里層存在壓應(yīng)力），并在去除大2mm 塞尺，可入中央電大畢業(yè)設(shè)計(論文)余量材料加工后進(jìn)行充分的時效，釋放掉耦合作用下的殘余應(yīng)力，即可有效消除大部分殘余應(yīng)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(fù)，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(fù)原，但受到表層金屬的牽制，因而在表層造成應(yīng)力狀態(tài)。參考圖六，腹板變形的示意圖，引至文獻(xiàn) 【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(xiàn) 【15】 中提出殘余應(yīng)力管理技術(shù)（RSM），從不同的角度討論減小殘余應(yīng)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(fù)，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(yīng)力得以均勻釋放；進(jìn)退刀方式應(yīng)采用斜向或圓弧，并且角度＜10176。，盡量不采取垂直進(jìn)退刀，減少對工件的作用力；當(dāng)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(jìn)刀，且進(jìn)刀角度＜10176。圖 七在加工順序上，要降低毛坯的內(nèi)應(yīng)力，采用自然或人工時效及振動處理，均可有效消除內(nèi)應(yīng)力。預(yù)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(chǎn)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(nèi)應(yīng)力。我們研究的長梁類結(jié)構(gòu)件，毛坯總量約 30kg，圓弧進(jìn)刀中央電大畢業(yè)設(shè)計(論文)而最后的成品重量僅為 ，見下圖圖 八從結(jié)構(gòu)件自身剛度入手，增強(qiáng)剛度抑制一部分變形，在結(jié)構(gòu)件的自身幾何結(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)充，讓其完整，成為近似對稱結(jié)構(gòu)，即達(dá)到對稱銑削，并且工藝凸臺的增設(shè)可以增強(qiáng)其自身剛度，從而抵消其因不對稱的幾何結(jié)構(gòu)引起應(yīng)力變形，增設(shè)的工藝凸臺如圖九所示，圖 九采用套件的方式，增設(shè)中間的工藝凸臺，讓結(jié)構(gòu)件成為近似對稱的結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償半框面一側(cè)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(qiáng)結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)件，按我們工藝設(shè)計的結(jié)構(gòu)，為對稱設(shè)計，使用 20220 轉(zhuǎn)高速設(shè)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(shè)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(chǎn)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(shí)際加工中由于制造、設(shè)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(biāo)準(zhǔn)件拼裝，不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)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(jìn)行裝夾，普通的墊板不能跟隨結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)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(diǎn)，分散受力點(diǎn)、增加壓緊接觸面積，還可以把單邊不對稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)，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(shè)計專用工裝（圖四）可以對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有效的支撐，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件自身剛度，控制變形的同時也增強(qiáng)加工剛性，提高加工質(zhì)量和加工效率。壓緊采用沉頭螺釘（圖二），沉頭螺釘?shù)膬?yōu)勢在于壓緊力直接傳遞到工藝凸臺，工藝凸臺整體與結(jié)構(gòu)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(shè)計(論文)圖 十一最后經(jīng)過試驗(yàn)件的驗(yàn)證，變形得到有效的控制，通過對設(shè)備，刀具，加工方法，加工順序，工裝墊板的設(shè)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(shè)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?yàn)閯傂圆疃a(chǎn)生振動，這是一種十分有害的現(xiàn)象。從設(shè)備的安裝開始，隔震地基、傳動系統(tǒng)缺陷等等。若加工中產(chǎn)生了振動，刀具與工件間將產(chǎn)生相對位移，會使加工表面產(chǎn)生振痕，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量和性能；刀具極易磨損(甚至崩刃) ，嚴(yán)重時甚至使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行；振動中產(chǎn)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(jī)床加工的生產(chǎn)效率降低。一般，切削過程中產(chǎn)生的振動都具有自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動。引至文獻(xiàn)【17 】 ，加工設(shè)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(shí)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(chǎn)生會是由模態(tài)耦合