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复合材料薄壁件加工的有限元分析

发布于:2016-05-14 21:31
有限元分析

      工程上的复合材料一般都具有较高的比强度和比刚度、热膨胀系数低、导热性好、抗磨损等突出优点。随着其制备工艺技术水平和性能的不断提高,SiCp/Al复合材料薄壁件在航空、航天、电子通信、汽车等国防和民用领域的应用日见广泛,显示出广阔的应用前景和巨大的发展潜力。对其进行的有限元分析研究也越来越多。例如,在航空、航天、国防领域,美国用3mm厚SiCp/Al复合材料轧制板材,能够用于制造火箭发动机、导弹和卫星上的重要零部件,加拿大Cer-cast企业试制了飞机用SiCp/Al复合材料压气机涡壳,代替铝合金,减重并提高了使用性能,SiCp/Al复合材料制造的发动机风扇出口导流叶片、压气机静子叶片被用于大型客机。此外,用SiCp/Al复合材料制造的航天相机薄壁镜筒、通讯卫星天线展开机构上的空心薄壁螺杆(长径比50)、直升机旋翼系统的袖套及航天工程中的套筒类薄壁回转体零件等在实现轻量化的同时,性能指标也得到了很大提高。
      薄壁零件外廓尺寸相对截面尺寸较大,其外形协调要求高,相对刚度低,加工工艺性差。在切削力、切削热等的影响下,非常容易就发生加工变形,造成加工精度和表面粗糙度都难以保证,是机械制造领域的加工难题。国外近年来从理论和实验上对金属薄壁件的加工问题进行了大量研究,取得了非常多的研究成果。切削力模型的合理性是低刚度薄壁件加工变形过程分析与控制成功与否的关键。
      许多文献在薄壁件加工变形的研究方面发现薄壁件毛坯内初始残余应力、切削载荷、加工顺序、走刀路径和装夹布局等是影响切削加工变形的主要因素,并运用有限元和实验方法研究了铣削航空铝合金和钦合金薄壁件的加工变形规律,提出了相应的加工变形控制工艺。
      万敏等考虑了刀具与工件变形和切削力的藕合影响,提出了采用非规则有限元网格对结构进行离散的方法,为复杂零件的网格划分提供了一种通用方法。在低刚度薄壁件的铣削过程中,由于加工条件不断变化,在不同位置的切削力大小和方向也随时变化。文献研究了辅助支撑的个数及位置对薄壁工件铣削加工局部弹性让刀变形的影响。由于SiCp/Al复合材料中含有大量SiC硬脆颗粒增强相,不仅会造成加工过程中刀具磨损严重,而且由于其物理、力学特性与单一金属材料不同,因此,SiCp /A1复合材料薄壁件加工过程中的变形特征及机制与单一金属材料不同,SiCp/A1复合材料薄壁件的精密加工更加困难。目前其切削加工研究主要集中在加工特性、刀具材料适应性及其切削机理、切削力变化规律及切屑形态、表面粗糙度及己加工表面形貌等方面。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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