薄板件切削回彈變形機(jī)理及裝夾優(yōu)化方法研究.pdf

1、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的薄板、薄壁結(jié)構(gòu)件在加工過程中，由于受到裝夾力、切削力、切削熱以及力熱耦合作用，發(fā)生變形；且加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會引起殘余應(yīng)力變形。這兩種變形都會導(dǎo)致加工精度降低。本文針對薄板件加工過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和變形控制問題，綜合考慮切削過程、裝夾布局及夾緊力等影響因素，以鋁合金6061為實(shí)例，利用切削實(shí)驗(yàn)與模擬仿真方法研究薄板件切削回彈變形機(jī)理及變形控制方法，從而為薄板件的加工變形控制提供理論依據(jù)。
　　 實(shí)驗(yàn)研究了鋁合

2、金6061表面切削應(yīng)力的狀態(tài)，得出了表面切削應(yīng)力屬于二維平面應(yīng)力；應(yīng)用響應(yīng)面原理建立了銑削參數(shù)與表面切削應(yīng)力之間的關(guān)系模型；綜合考慮表面切削應(yīng)力與表面粗糙度，對銑削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并分別對面支撐和點(diǎn)支撐裝夾方式下的薄板件進(jìn)行了表層銑削實(shí)驗(yàn)。測試和分析結(jié)果表明，面支撐裝夾方式的薄板件表層銑削完成后，去除裝夾時(shí)的回彈量是影響加工精度的主要因素；點(diǎn)支撐裝夾方式的薄板件表層銑削完成后，夾緊力施加位置沿薄板件板長方向相對支撐點(diǎn)位置變化時(shí)，對變形及

3、殘余應(yīng)力都有重要影響。
　　 應(yīng)用ABAQUS有限元軟件，建立了薄板件表層切削過程及去除裝夾后回彈過程的二維仿真模型。分析了不同裝夾方式的薄板件去除裝夾前后，薄板件變形、回彈變形和內(nèi)部應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明，面支撐裝夾方式的薄板件表層切削完成后，去除裝夾時(shí)存在較大的回彈變形量；此時(shí)薄板件的主要變形為回彈變形；內(nèi)部應(yīng)力主要是切削力、切削熱耦合作用產(chǎn)生的切削應(yīng)力，沿薄板件板厚方向的進(jìn)給方向的應(yīng)力分布值遠(yuǎn)大于垂直進(jìn)給方向的應(yīng)力值和剪應(yīng)

4、力值，因此后續(xù)研究僅考慮進(jìn)給方向的切削應(yīng)力。針對點(diǎn)支撐與夾緊點(diǎn)正對裝夾的薄板件進(jìn)來了仿真計(jì)算。結(jié)果表明，支撐點(diǎn)位置對薄板件切削后的變形、回彈變形、內(nèi)部應(yīng)力分布及大小都有重要影響。而薄板件的變形和殘余應(yīng)力分布及大小之間沒有直接的關(guān)系。
　　 研究了薄板件沿板厚方向的切削回彈變形分析方法。應(yīng)用微觀位錯原理對點(diǎn)支撐裝夾方式的薄板件在表層切削過程中的變形區(qū)進(jìn)行了劃分。構(gòu)建了基于微觀位錯的回彈變形分析方法。對面支撐裝夾方式的薄板件，應(yīng)用宏

5、觀彈塑性變形原理進(jìn)行推導(dǎo)。分析表明內(nèi)部應(yīng)力重新分布是薄板件回彈變形的主要原因。
　　 建立了切削參數(shù)與軸向切深方向的切削應(yīng)力之間的關(guān)系模型。研究結(jié)果表明，切削應(yīng)力在表面主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力，沿板厚方向接近表面處迅速轉(zhuǎn)化為最大壓應(yīng)力，之后慢慢減小到零。應(yīng)力主要集中于表層0-0.3mm內(nèi)。采用逐層銑削方法，測量了薄板件沿板厚方向的切削應(yīng)力值，結(jié)果與預(yù)測結(jié)果一致。應(yīng)用該模型建立了切削應(yīng)力與切削應(yīng)力引起的薄板件變形撓度之間的關(guān)系。
　

6、　 針對支撐點(diǎn)位置與夾緊力施加位置正對裝夾的薄板件，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了預(yù)測模型，映射薄板件板長方向的內(nèi)部殘余應(yīng)力均值、板厚方向的變形量均值與板長、板厚、夾緊力、支撐點(diǎn)位置和板長比之間的關(guān)系。針對薄板件的支撐點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)了基于遺傳算法的變形均值最小和殘余應(yīng)力均值最小的多目標(biāo)優(yōu)化方法。通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型計(jì)算適應(yīng)度值，采用適應(yīng)度懲罰措施，在非支配前沿等級劃分和小生境計(jì)算的基礎(chǔ)上應(yīng)用二元聯(lián)賽選擇機(jī)制，對種群進(jìn)行優(yōu)劣排序，得出優(yōu)化結(jié)果