铝蜂窝芯铣削加工变形研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuzhisuixin
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铝蜂窝芯材料,是一种薄壁多芯格结构材料,具有密度小、质量轻、在芯格轴向高比强度、高比刚度的特点,在航空航天、汽车等领域具有广泛的应用。高速铣削加工是目前最常用的加工铝蜂窝芯的方法,由于该材料在垂直于芯格轴向方向上刚性很低,所以固持和加工蜂窝芯的过程中很容易导致蜂窝芯变形。为减少铝蜂窝芯的加工变形,开展了固持夹具和加工工艺方面的研究,设计了相应的铝蜂窝芯夹具、并通过ABAQUS有限元仿真和铣削实验,探究了切削用量、冰固持高度、进给方式对于加工过程中蜂窝壁变形的影响规律,研究表明这些因素对于蜂窝壁的变形是有显著影响的,并基于减少蜂窝壁变形的目标对加工工艺进行了优化。(1)分别针对慢走丝线切割机床和铣床加工铝蜂窝芯时固持不牢固的问题,设计了相应的固持夹具。使用慢走丝线切割机床加工铝蜂窝芯时,工作液会对蜂窝芯产生冲击扰动,针对此问题设计了相应的固持夹具,并通过线切割实验验证了该夹具的固持可靠性;在铣床上加工铝蜂窝芯时,使用冰结法进行固持,用液氮作为冷源,对夹具结构进行设计,并利用ABAQUS有限元模拟分析了冰结法固持下蜂窝芯的温度分布情况,得出了冰固持高度对于蜂窝芯温度分布的影响规律;对理论的固持力和固持效率进行了计算,证明了使用该夹具对铝蜂窝芯进行冰结固持时,固持过程是快速且可靠的。(2)探究了切削用量和冰固持高度对于蜂窝壁变形的影响,结果表明,当进给速度增大,或者主轴转速减小,蜂窝壁变形量都会增大,而当铣削深度和冰固持高度改变时,蜂窝壁的变形量并不是单调变化的。蜂窝壁的变形情况与切削力和蜂窝壁的刚性有关,切削力增大时,易导致变形量增大,蜂窝壁刚性增大时,蜂窝壁不易变形,但刚性过大会导致刀具对蜂窝壁加工表面的挤压、摩擦强度变大,反而会增大蜂窝壁的变形。(3)探究了刀具与蜂窝壁接触位置不同、刀具进给方向不同、蜂窝壁切入角度不同时,对蜂窝壁变形量的影响,结果表明,对于单独的蜂窝壁来说,蜂窝壁离节点较远的中间区域的变形量往往较大,另一方面刀具圆周速度方向与蜂窝壁越接近于垂直状态的区域,蜂窝壁变形量也会越大。上述规律产生的原因也与切削力和蜂窝壁刚性有关,蜂窝壁除节点外的其它位置刚性较弱,易发生变形,而切入角度会影响垂直于蜂窝壁方向力的大小,切入角度越接近于90°,该方向的力会越大,变形量也随之变大。并根据以上的分析,以减小双层蜂窝壁的变形量为目标,对进给方式进行了优化。
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