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辅助支撑对薄壁件加工变形影响的数值模拟 口车现发 口周燕飞 南京航空航天大学机电学院南京210016 摘要：为研究辅助支撑在薄壁件铣削加工中对工件变形的影响，运用商业有限元分析软件Abaqus，在有、无辅助支 撑两种条件下，对薄壁件的铣削过程进行了数值模拟．并获得了加工后薄壁件的变形数据。通过对比这两种数据得知，在 薄壁件铣削过程中增加辅助支撑是控制工件变形的一种简单易行的工艺，为进一步研究控制薄壁件铣削加工变形提供了 依据。 关键词：辅助支撑薄壁件加工变形数值模拟 中图分类号：THl61；TG506文献标识码：A 高强度航空铝合金薄壁件在航空工业中被广泛应 用。然而．该类零件在切削加工过程中，稍微受力就会 产生很大变形。为了保证精度。要采用一系列较复杂的 工艺，并要配置一些必要的装备。这不仅费时费力，而 且使生产周期加长．成本增高。为此，本文介绍了在加 工过程中对薄壁件增加辅助支撑来控制工件变形的方 法，对有、无辅助支撑条件下的铣削过程进行了数值模 拟．分析了数值模拟后的变形数据，为进一步研究薄壁 ▲图1薄壁件三维有限元网格 ▲图2刀具三维有 件加工变形控制打下了基础。 1 铣削过程的数值模拟 为了获得加工后的变形量，分别在无辅助支撑和 有辅助支撑条件下．对薄壁件铣削加工过程进行数值 模拟。铣削过程是热力耦合的高度非线性过程，选择 Abaqus／explicit作为铣削过程数值模拟的求解器， Abaqus／explicit求解器采用显示动态有限元法，非常适 I二!：三!竺兰竺竺二竺竺 二竺：!竺竺兰：竺三!竺 合模拟短暂、瞬时的动态模型，比如冲击、爆炸、切削加 刀被设置成刚体．选取刀具顶点的中心点作为参考点， 工等。 以便于对刀具的运动进行设置。在仿真过程中，刀具的 1．1铣削的有限元模型 在铣削过程模拟的有限元模型中，薄壁件和支撑 同时绕自身轴线转动，完成整个铣削过程的仿真。无辅 体采用8节点双线性减缩积分实体单元，其结构简单， 助支撑和有辅助支撑条件下的有限元仿真模型分别如 在Abaqus前处理器中直接划分网格。薄壁件宽30 图3和图4所示。 mm，高20mm。长70mm。厚3mm，基体高5mm，在铣 1．2材料模型 削区域对薄壁件网格进行了细化。其三维有限元网格 切削过程是高温、大应变下发生的弹塑性变形，切 图如图l所示。支撑体高20mm，宽13．5trim，长70 屑形成时间短，切削层中各处的应变、应变速率和温度 trim。刀具采用四节点线性单元，其结构复杂，在变化大。因此能反映应变、应变速率、温度对材料流动 Hypermesh中划分网格后导入到Abaqus中。铣刀直径 应力影响的模型，在切削仿真中至关重要。在现有的塑 为8mm，齿数4，前角lOo，后角14。，螺旋角45。，导入 到Abaqus中的三维有限元网格图如图2所示。在添加 好地描述材料高应变速率下热粘塑性变形行为。 约束时，约束薄壁件底面所有节点。铣削参数设置为深 Johnson—Cook本构模型形式如式(1)所示： 度15 mm，速度60m／min。宽度lmm。仿真模型中，铣 ㈩ 收稿日期：2010年8月 咧拈占，忡嗉¨器)』 回2011／2