王先智

通過構建三維模型，分析了主軸轉速、每齒進給量、銑削深度以及銑削寬度對鋁合金內應力變化的影響，同時還分析了不同銑削工藝與條件對鋁合金變形影響，得出在對鋁合金構件進行銑削加工處理時，應當盡可能的減小切削速率，使用相對小的每齒進給量，同時采用適宜的切削寬度，如此才能夠盡可能降低銑削加工過程中構件變形。

1 前言

在對鋁合金材料進行銑削加工處理時，要想準確地對銑削溫度場以及應力場實際分布情況加以測試時非常不易的，只借助于實驗工作不易獲得準確結果。所以，需要構建相應的模型對銑削加工具體影響加以分析。不過，目前很多研究之中所構建的模型均屬于二維模型，而銑削加工處理過程中是一個三維處理過程，所以，采用二維模型進行分析所得結果依舊不夠準確，應當構建三維模型，確保和實際銑削加工過程更為接近。在此，借助于DEFORM軟件建立三維仿真模型，針對鋁合金材料銑削加工操作加以模擬分析，從而得到不同銑削條件下對鋁合金內應力影響情況。

2 鋁合金銑削加工模型構建

2.1 三維模型構建

利用DEFORM軟件構建三維銑削加工模型，所使用的刀具對應參數(shù)見表1。

把所構建的刀具模型以及鋁合金構件三維模型均輸入至DEFORM軟件之中，同時完成網(wǎng)格劃分工作，在進行模擬分析的過程中，希望可以得到更為精準數(shù)據(jù)，同時提升模擬分析的速率，針對刀具之中尖端部位對應網(wǎng)格進一步加以細化，同時依照切寬以及切深對鋁合金構件的表面網(wǎng)格加以進一步細化。

2.2 鋁合金材料參數(shù)情況

此次模擬分析過程中設定鋁合金材料的密度值為2800kg/m3，鋁合金材料對應的彈性模型為70GPa，對應的泊松比是0.34，其余參數(shù)具體情況見表2。

3 銑削加工不同因素對鋁合金內應力影響

3.1 主軸轉速對鋁合金內應力影響

設定每齒對應的進給量是0.05mm/z，對應的切削深度值大小為0.5mm，對應的切削寬度值大小為2mm，設定不同主軸轉速值，分別為4.5×103r/min、5.0×103r/min、5.5×103r/min、6.0×103r/min，模擬分析不同主軸轉速的情況下，鋁合金構件表面應力變化情況。在進行模擬分析之后得出，當主軸的轉速發(fā)生變化情況下，在X方向上其內應力改變情況基本一致，也就是應力大小在其深度方向之上呈現(xiàn)出了不斷降低的發(fā)展趨勢，而且應力減小幅度也由大至小，在接近底層部位情況下，其應力改變情況基本上達到平穩(wěn)，相對而言應力分布比較均勻。通過模擬分析還得出，所設定的主軸轉速范圍之中，在鋁合金構件的表面位置都表現(xiàn)出了壓應力作用，同時在主軸對應轉速值不斷增加情況下，鋁合金構件表面位置處形成的壓應力作用將有所增加，導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是由于主軸結構轉速值逐漸增加的同時，切削過程中鋁合金構件表面溫度也會隨之有所升高，因為溫度的升高使得鋁合金構件出現(xiàn)了熱塑變形問題，從而使得表面壓應力作用也隨之增加。

3.2 每齒進給量對鋁合金內應力影響

設定主軸的轉速值大小是5.0×103r/min，對應的切削深度值大小為0.5mm，對應的切削寬度值大小為2mm，設定不同每齒進給量值，分別為0.04mm/z、0.05mm/z、0.06mm/z、0.07mm/z，模擬分析不同每齒進給量的情況下，鋁合金構件表面應力變化情況。我們通過模擬分析之后得出了，在鋁合金構件的表面位置處，其應力類型都屬于拉應力類型，同時，在每齒進給量數(shù)值不斷加大過程中，對應的應力值同樣也隨之增加，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是因為在每齒進給量數(shù)值不斷增加情況下，會進一步的增加鋁合金構件去除率，在隨之將導致切削過程中所形成熱量有所增加，從而使得鋁合金構件所受到拉應力隨之變大。在深度逐步增加的過程中，鋁合金構件表面之中所存在應力不斷降低，并且逐步的由拉應力轉變成為壓應力，當每齒進給量的值在0.06mm/z情況下鋁合金構件之中的應力降低速率是最快的。

3.3 銑削深度對鋁合金內應力影響

設定主軸的對應轉速保持固定，為5.0×103r/min，對應的每齒對應的進給量大小是0.05mm/z，對應的切削寬度值大小為2mm，設定不同銑削深度值，分別為1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm，模擬分析不同銑削深度值的情況下，鋁合金構件表面應力變化情況。在進行模擬分析之后得出，當銑削深度值發(fā)生變化情況下，在鋁合金構件的表面位置處錯形成的應力類型均屬于拉應力類型，并且在鋁合金構件的深度值逐漸增大過程中，其對應應力值逐漸的降低。同時，若是鋁合金構件切削深度逐漸增加情況下，其表面位置處的應力值也會隨之增加，導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是由于在切削深度值逐步增加過程中，鋁合金構件所對應的塑性形變情況將會加重，相應的切削力有所增加，所形成熱應力將對應力帶來更大的影響，從而會使得表面應力值有所增加。

3.4 銑削寬度對鋁合金內應力影響

設定主軸的對應轉速保持固定，為5.0×103r/min，對應的每齒對應的進給量大小是0.05mm/z，對應的切削深度值大小為2mm，設定不同銑削寬度值，分別為1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm，模擬分析不同銑削寬度值的情況下，鋁合金構件表面應力變化情況。在進行模擬分析之后得出，當銑削寬度值發(fā)生變化情況下，處于所設定的寬度值范圍之中時，鋁合金構件表面之中所出現(xiàn)應力類型均屬于拉應力類型，同時，在切削的寬度值逐漸增大情況下，對應的表面應力大小為出現(xiàn)較大改變，從這一模擬結果我們能夠得出，切削寬度值并為對鋁合金構件的內應力造成太大影響。

4 銑削加工不同因素對鋁合金變形影響

4.1 工藝對鋁合金變形影響

很多的鋁合金構件自身結構相對復雜，而且屬于構件，對于這類構件而言，其所擁有的剛度值相對小，進行銑削加工處理過程中易出現(xiàn)變形，導致鋁合金構件的上壁相對較厚而下壁相對較薄，易發(fā)生尺寸超差的問題，若是采取相對傳統(tǒng)方法進行銑削加工處理，不易達到加工精度要求。就此種問題，在實際銑削加工過程中應當進一步的裝夾方法加以優(yōu)化，并且改進走刀路徑，這樣才能夠確保鋁合金構件加工質量滿足要求。另外，銑削加工處理時裝夾引起的變形會在很大程度上影響到構件精度以及粗糙度。若是所采用的裝夾方法不太適宜，將會導致鋁合金構件的銑削加工質量受到較大影響，有時還會導致構件發(fā)生報廢問題，所以，進行鋁合金構件銑削加工時，應當確保裝夾次數(shù)盡可能減小，并且確保裝夾接觸面積盡可能增加，同時還要設定適宜的夾緊力。

4.2 冷卻以及潤滑對鋁合金變形影響

在進行銑削加工處理過程中，通過利用高效乳化冷卻潤滑劑，能夠確保銑削力以及銑削加工溫度等均有所減小，避免切削加工過程中一些切屑和刀具發(fā)生粘結，同時，還能夠避免切削處理過程中所使用刀具和鋁合金構件由于熱力耦合影響出現(xiàn)較大變形。

5 結語

通過模擬分析可以得出，在對鋁合金構件進行銑削加工處理過程中，在主軸轉速、每齒進給量、銑削深度不斷在增加的過程中，相應的切削應力也會隨之增加。因此，在實際切削加工處理過程中，應當盡可能的減小切削速率，使用相對小的每齒進給量，同時采用適宜的切削寬度，如此才能夠對鋁合金構件銑削加工工藝加以優(yōu)化，盡可能降低銑削加工過程中構件變形，有效提升鋁合金構件加工精度。

（作者單位：貴州航天電子科技有限公司）