中空铝合金结构铣削有限元仿真及加工参数优化

• 作 者: 陈奎元
• 出 处: 大连交通大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 中空铝合金结构 铣削加工 有限元仿真 加工变形 参数优化

中空铝合金结构具有结构轻、强度高、力学性能稳定、隔音效果好等优点,越来越多地应用于高速列车车体的制造中,有效减轻了车体的自身重量,提高了其运载能力。但是中空铝合金结构由于其弱刚性,在铣削加工中存在加工稳定性低,加工变形严重等问题。本文通过有限元法对6005A中空铝合金结构的铣削过程进行研究,分析加工参数对切削过程中切削力、切削温度和加工变形的影响规律,并对加工参数进行优化。本文的主要内容和结论如下:(1)研究了车体薄壁中空结构铝合金材料的性能和加工工艺,分析了 6005A铝合金材料的本构模型、失效准则以及铣削加工的切屑分离准则。基于ABAQUS有限元仿真软件建立了中空铝合金结构铣削加工三维有限元模型,并验证了模型的准确性。对中空铝合金结构铣削仿真加工过程进行了分析,得出随加工时间的变化,刀具在加工不同角度筋板时的切削力变化和切削热的分布规律,以及工件的应力应变的分布状况。(2)针对中空铝合金结构铣削过程中加工参数对切削力、切削温度和工件加工变形的影响规律进行了单因素仿真分析。随着主轴转速的增加,切削热增加,刀具去除材料受到的阻力减小,加工变形减小,但切削力的波动变大,切削力的稳定性降低。随着每齿进给量的增加,材料去除率增加,切削力和切削温度变大,但在较小每齿进给量范围内,切削力和加工变形变化较小,可以适当提高每齿进给量来提高加工效率。随着背吃刀量的增加,刀具和工件的摩擦力增大,切削力和切削温度升高,工件筋板变形严重。(3)设计正交试验,对中空铝合金结构铣削加工参数进行优化。分析了加工参数对切削力、切削温度和加工变形量的影响主次顺序,结果表明:对切削力影响最大的是主轴转速,增大主轴转速可以减小铣削力;对切削温度影响最大的是每齿进给量,减小每齿进给量能减小切削温度;对加工变形量影响最大的是背吃刀量,减小背吃刀量能减小筋板的“让刀”变形。以铣削力、铣削温度、加工变形量为评价指标进行多目标优化,最优加工参数组合为主轴转速11000r/min,每齿进给量0.08mm/z,背吃刀量1mm。本文的研究结果表明,有限元法可以为车体大截面中空薄壁铝合金加工机理研究提供可行的方法,本文的研究内容对车体的加工生产具有理论价值和实际的指导作用。