基于初始残余应力的双面研磨加工变形预测研究

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纯铜材料由于良好的导电性、导热性和可塑性,被广泛的用于精密物理实验中。而精密物理实验要求工件具有极高的加工精度。双面研磨加工效率高,同时能够获得高表面完整性的加工表面,是实现纯铜薄壁件高精度加工的有效方法。然而,纯铜薄壁件由于刚度低,在双面研磨加工过程中,工件内部的初始残余应力会随着材料的去除而重新分布,引起工件整体产生形变,从而导致工件的平面度降低。因此,建立基于初始残余应力的有限元仿真模型,预测工件的加工变形,对于研究初始残余应力对工件变形的影响规律,从而指导工件的实际加工具有重大意义。本文针双面研磨加工工艺,建立了基于初始残余应力的纯铜薄壁件加工变形预测有限元仿真模型。通过对初始残余应力以及材料去除方式的修正,提高了有限元仿真模型的精度。最后,利用有限元仿真模型对加工变形进行了预测,从而指导实际的双面研磨加工。本文的主要研究内容如下:(1)双面研磨加工变形有限元仿真分析根据双面研磨的加工特点,创建了初始残余应力释放导致工件变形的预测模型。研究了不同材料去除方式、初始残余应力的对称性和工件厚度对工件变形的影响规律,发现采用双面等量去除的方式加工,初始残余应力引起的加工变形最小;初始残余应力对称分布时,加工后工件的对称性较好;工件越薄,对初始残余应力越敏感,加工后产生的变形越大。(2)双面研磨加工变形有限元仿真模型的修正基于支持向量回归模型建立了初始残余应力与加工变形之间的关系,并通过粒子群算法优化了支持向量回归模型中的超参数。在此基础上,通过遗传算法修正了工件内部的初始残余应力。基于运动学分析对双面研磨中材料非均匀去除的机理进行解释,采用非均匀去除方式建立了工件变形预测的有限元仿真模型,实现了材料去除方式的修正。(3)纯铜薄壁件双面研磨加工变形预测采用激光散斑小孔法测量了工件内部初始残余应力,并通过多峰高斯拟合得到了残余应力的分布情况。进行了双面研磨加工实验,测量了工件上下表面材料去除率和工件变形,为有限元仿真模型提供数据支持。分别采用修正前后的有限元仿真模型对双面研磨加工变形进行预测,并与双面研磨加工实验进行对比分析,验证了有限元仿真模型的准确性。
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