CN106484960A - 一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法 - Google Patents

一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，步骤如下：1、以柴油机机体孔镗削加工的切削速度、切削深度和进给速度的变化来设计正交试验；2、机体孔镗削有限元模型建立；3、不同镗削工艺参数下的切削力和切削热分析；4、机体孔加工装夹有限元模型建立；4、不同切削力和切削热下的机体孔变形位移分析；6、验证结果；7、取得柴油机机体孔镗削最佳加工工艺参数。本发明考虑了提高柴油机机体关键孔系加工精度的有效方法，更加接近实际工况，可以正确选择最优的加工参数。

Description

一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体是一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法。
背景技术
船用柴油机有热效率高、经济性好、启动容易、对各类船舶有很大适应性等特点，广泛应用于船舶推进动力装置和船舶电站。船用柴油机机身是柴油机主要组成部分，属于大型框架件，其结构复杂，在壁薄处受加工过程力热耦合作用、残余应力及装夹等影响，易产生变形。机体框架件加工精度控制问题是提高柴油机加工精度的瓶颈因素之一。曲轴孔作为柴油机机身上的一个关键部位，其加工过程受装夹工艺及切削工艺的影响，容易产生变形使孔系同轴度、位置度超差，而机身关键孔系的变形对柴油机的性能、精度和寿命有着直接的影响。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，包括以下步骤：
步骤一，以柴油机机身曲轴孔半精镗削加工中的切削速度、切削深度、进给速度的变化为因素，设计正交试验；
步骤二，按照正交实验方案，机体孔镗削有限元模型建立，包括刀具模型的导入和工艺参数的施加；
步骤三，不同镗削工艺参数下的切削力和切削热分析；
步骤四，装夹有限元模型建立，包括几何模型及网格划分、夹紧位置的确定，夹紧力和自身重力的施加；
步骤五，不同切削力和切削热下的孔变形位移分析；
步骤六，对正交试验所有方案进行均值分析，得出均值曲线，并通过计算机仿真验证正确性；
步骤七，取得柴油机机孔最佳加工工艺参数。
优选地，所述步骤二具体方法为：
第一步，几何模型及网格划分：运用三维建模软件建立刀具模型，导入工艺仿真系统中，划分网格并设置刀具材料属性；
第二步，在工艺仿真系统中中设置工件，划分网格并设置材料属性。
优选地，所述步骤三具体方法为：
第一步，在工艺仿真系统中输入不同切削速度、切削深度、进给速度，仿真计算得到切削力和切削热的曲线；
第二步，将切削力和切削热的曲线导出，并进行数据过滤，去除严重偏离平均水平的异常数据，得到切削力和切削温度的稳态值。
优选地，所述步骤四具体方法为：
(1)几何模型及网格划分：运用三维建模软件对柴油机机身体进行建模时，采用虚拟拓扑方法，对整体力学性能影响小的几何细节进行整合，并运用网格划分软件在关键孔局部位置处采用六面体网格划分，并细化网格；
(2)在工程模拟系统中定义材料属性及接触，将夹具和工件定义为弹性体以提高分析精度，由于机体尺寸大，采用弹性无接触模型来进行有限元分析；
(3)约束定义及载荷的施加，机体具备6个自由度，在加工曲轴孔时，通过夹具夹紧柴油机机体底部四个位置，再夹紧压板四个位置限制它的6个自由度，在支撑块两个位置限制3个自由度，计算夹紧压强，在竖直方向Y轴设置重力加速度，施加自身重力载荷。
优选地，所述步骤五的具体方法为：
(1)将机体孔镗削有限元模型得到的切削力和切削热施加到机体加工装夹有限元模型中，得到机体孔最大变形位移；
(2)刀具对孔加工过程是连续的，通过调用子程序的方法将切削力和切削热以移动载荷的方法施加在曲轴孔上。
优选地，有限元模型中，柴油机机体定义为弹性体，机体的材料为球墨铸铁，设置其弹性模量、泊松比为、密度、热膨胀系数。
有益效果：本发明的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，具有以下优点：
(1)考虑了切削工艺对柴油机机体孔系加工变形的影响，通过优化切削工艺参数，使得孔变形变小，孔系同轴度、位置度在允许误差范围内，提高了加工效率，降低了生产成本。
(2)考虑了柴油机机体孔在装夹和自重作用的切削加工分析，建立了柴油机机体孔系镗削加工有限元模型，获得机体变形云图。
(3)本发明分析了工件在不同切削力和切削温度下的加工变形，为零件加工精度的控制提供理论依据。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的柴油机机体曲轴孔加工装夹主视图；
图3为本发明的柴油机机体曲轴孔加工装夹左视图；
图4为本发明实施例中步骤六的均值趋势图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，包括以下步骤：
步骤一，采用正交试验设计软件例如Minitab，以曲轴孔半精镗削加工中切削速度、切削深度、进给速度的变化为三个主要因素，设计三因素三水平L9(33)正交试验。
步骤二，本发明实例机体孔的镗削有限元模型建立，包括刀具模型的导入和具体工艺参数的施加，具体方法为：
第一步、几何模型及网格划分：运用三维建模软件例如Unigraphics建立刀具模型，导入工艺仿真有限元软件例如DEFORM-3D中，划分网格并设置刀具材料属性。
第二步、在DEFORM-3D软件中设置工件，划分网格并设置材料属性。
步骤三，不同镗削工艺参数下的切削力和切削热分析，具体方法为：
第一步、施加不同切削速度、切削深度、进给速度，通过DEFORM-3D软件计算出切削力和切削温度。
第二步、将切削了和切削热的曲线导出，导入数学软件例如Matlab中进行数据过滤，去除严重偏离平均水平的异常数据，得到切削力和切削温度的稳态值。
步骤四，装夹有限元模型建立，包括几何模型及网格划分、夹紧位置的确定，夹紧力和自身重力的施加，具体方法为：
(1)几何模型及网格划分：运用Unigraphics软件对柴油机机体体进行有限元建模时，采用虚拟拓扑方法，对整体力学性能影响小的几何细节进行整合，并运用模型生成软件例如Hypermesh在关键孔局部位置处采用六面体网格划分，并细化网格。
(2)运用工程模拟有限元软件例如ABAQUS定义材料属性及接触，将夹具和工件定义为弹性体以提高分析精度，由于机体尺寸大，采用弹性无接触模型来进行有限元分析；
有限元模型中，机体定义为弹性体，机体的材料为球墨铸铁，弹性模量为168Gpa，泊松比为0.24，密度为7.25×10kg/m3，热膨胀系数为13.2E-6/K；
(3)约束定义及载荷的施加，机体具备6个自由度，在加工曲轴孔时，机体通过夹具夹紧底部四个位置，如图2、图3所示柴油机机体加工装夹视图，1柴油机机体、2 夹紧压板、3支撑块，在夹紧压板四个位置限制它的6个自由度，在支撑块两个位置限制3个自由度，计算夹紧压强为57.8Mpa并保持不变，在Y轴方向设置重力加速度，施加自身重力载荷。
步骤五、不同切削力和切削热下的孔变形位移分析，具体方法为：
(1)将机体孔镗削有限元模型得到的切削力和切削热施加到机体加工装夹有限元模型中，得到机体孔最大变形位移；
(2)刀具对孔加工过程是连续的，通过ABAQUS调用子程序的方法将切削力和切削热以移动载荷的方法施加在曲轴孔上；由于考虑镗削过程材料去除量相对于整个机体体积极其小，不考虑加工过程中机体刚度的变化；为计算方便，假设在镗削过程中，镗削力随着刀具的移动，只发生位置和方向的变化，其大小保持不变；
步骤六、运用ABAQUS软件求解计算，获取正交试验所有方案中曲轴孔变形最大位移，如下表1所示。输入正交试验分析软件中进行均值分析，得出均值曲线，并通过计算机仿真验证正确性，结果如表2。
步骤七，可知正交实验最佳方案是切削速度133.136m/min，切削深度0.1mm，进给速度20mm/min。
表1发明实施例中步骤五的工艺参数优化表；
表2为本发明实施例中结果与一般工艺结果对比
根据表1、表2及图4所示可知，本发明优化了实例中柴油机机身曲轴孔加工工艺参数，为控制柴油机加工精度提供了有效方法，在分析镗削加工对孔产生变形的同时考虑装夹和自身重量对其影响，使得镗削工艺参数为最优选的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，以柴油机机体孔镗削加工中的切削速度、切削深度、进给速度的变化为因素，设计正交试验；
步骤二，按照正交实验方案，建立柴油机机体材料镗削有限元模型，包括刀具模型的导入和工件模型的设置；
步骤三，不同镗削工艺参数下的切削力和切削热分析；
步骤四，建立柴油机机体孔加工装夹有限元模型，包括机体模型建立和网格划分，夹紧位置的确定，夹紧力和自身重力的施加；
步骤五，不同切削力和切削热下的机体孔变为位移分析；
步骤六，对正交试验分析进行均值分析，得出均值曲线，并通过计算机仿真验证正确性。
步骤七，取得柴油机机孔最佳加工工艺参数。
2.根据权利要求1所述的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于：所述步骤二具体方法为：
第一步，几何模型及网格划分：运用三维建模软件建立刀具模型，导入工艺仿真系统中，划分网格并设置刀具材料属性；
第二步，在工艺仿真系统中设置工件，划分网格并设置材料属性。
3.根据权利要求1所述的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于：所述步骤三具体方法为：
第一步，在步骤二的工艺仿真系统中输入不同切削速度、切削深度、进给速度，计算得到切削力和切削热的曲线；
第二步，将切削了和切削热的曲线导出，并进行数据过滤，去除严重偏离平均水平的异常数据，得到切削力和切削温度的稳态值。
4.根据权利要求1所述的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于：所述步骤四具体方法为：
(1)几何模型及网格划分：运用三维建模软件对柴油机机身体进行建模时，采用虚拟拓扑方法，对整体力学性能影响小的几何细节进行整合，并运用网格划分软件在关键孔局部位置处采用六面体网格划分，并细化网格；
(2)在工程模拟仿真系统中定义材料属性及接触，将夹具和工件定义为弹性体以提高分析精度，由于机体尺寸大，采用弹性无接触模型来进行有限元分析；
(3)约束定义及载荷的施加，在夹紧压板位置限制它的6个自由度，在支撑块两个位置限制3个自由度，计算夹紧压强，在竖直方向设置重力加速度，施加自身重力载荷。
5.根据权利要求1所述的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于：所述步骤五具体方法为：
(1)将机体孔镗削有限元模型得到的切削力和切削热施加到机体加工装夹有限元模型中，得到机体孔最大变形位移；
(2)刀具对孔加工过程是连续的，通过动态添加载荷的方法将切削力和切削热施加在曲轴孔上。
6.根据权利要求4所述的一种抑制柴油机关键孔系加工变形的工艺参数优化方法，其特征在于：有限元模型中，柴油机机体定义为弹性体，确定机体的材料、弹性模量、泊松比为、密度为、热膨胀系数。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106874633A (zh) * 2017-04-07 2017-06-20 安徽工程大学 一种车削加工刀具的螺栓紧固设备和方法
CN107229776A (zh) * 2017-05-09 2017-10-03 哈尔滨工程大学 一种考虑排烟管热膨胀的柴油机隔振系统模态分析方法
CN107590318A (zh) * 2017-08-22 2018-01-16 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种汽车推力杆热铆接工艺仿真分析方法
CN109977464A (zh) * 2019-02-18 2019-07-05 江苏科技大学 一种基于bp神经网络的活塞切削加工变形量的预测方法
CN111208782A (zh) * 2019-12-26 2020-05-29 北京航天测控技术有限公司 一种用于机床主轴状态预测的数据处理方法及装置
CN112487715A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 江苏科技大学 一种船用柴油机机身关键孔系工艺参数可靠性优化方法
CN112486091A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 江苏科技大学 一种中低速柴油机关键孔系加工方法
CN113500359A (zh) * 2021-07-23 2021-10-15 北京新风航天装备有限公司 一种长轴距变直径复杂薄壁结构件的精密加工方法
CN113500358A (zh) * 2021-07-23 2021-10-15 北京新风航天装备有限公司 一种锥形体精密加工方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104077442A (zh) * 2014-06-24 2014-10-01 南京晨光集团有限责任公司 基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法
CN104252566A (zh) * 2014-09-28 2014-12-31 北京理工大学 一种箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104077442A (zh) * 2014-06-24 2014-10-01 南京晨光集团有限责任公司 基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法
CN104252566A (zh) * 2014-09-28 2014-12-31 北京理工大学 一种箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MC. KAYACAN 等: "OPPS-ROT: An optimised process planning system for rotational parts", 《COMPUTERS IN INDUSTRY》 *
杨辉: "《精密超精密加工技术新进展》", 31 August 2016, 北京：航空工业出版社 *
罗静 等: "发动机缸体双金属曲轴孔半精镗及精镗加工工艺", 《工艺与检测》 *
蓝军 等: "曲轴油孔应力集中的三维有限元分析", 《内燃机学报》 *
谭晓丽: "加强套加工变形分析及工装设计", 《万方数据库》 *
贾永鹏: "船用柴油机关键零件深孔加工机理及切削参数优化技术研究", 《万方数据库》 *
陆郁 等: "应用有限元分析优化缸体曲轴孔精镗加工", 《装备制造技术》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106874633B (zh) * 2017-04-07 2023-05-16 安徽工程大学 一种车削加工刀具的螺栓紧固设备和方法
CN106874633A (zh) * 2017-04-07 2017-06-20 安徽工程大学 一种车削加工刀具的螺栓紧固设备和方法
CN107229776B (zh) * 2017-05-09 2021-03-30 哈尔滨工程大学 一种考虑排烟管热膨胀的柴油机隔振系统模态分析方法
CN107229776A (zh) * 2017-05-09 2017-10-03 哈尔滨工程大学 一种考虑排烟管热膨胀的柴油机隔振系统模态分析方法
CN107590318A (zh) * 2017-08-22 2018-01-16 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种汽车推力杆热铆接工艺仿真分析方法
CN107590318B (zh) * 2017-08-22 2020-08-14 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种汽车推力杆热铆接工艺仿真分析方法
CN109977464A (zh) * 2019-02-18 2019-07-05 江苏科技大学 一种基于bp神经网络的活塞切削加工变形量的预测方法
CN109977464B (zh) * 2019-02-18 2023-11-24 江苏科技大学 一种基于bp神经网络的活塞切削加工变形量的预测方法
CN111208782B (zh) * 2019-12-26 2021-06-22 北京航天测控技术有限公司 一种用于机床主轴状态预测的数据处理方法及装置
CN111208782A (zh) * 2019-12-26 2020-05-29 北京航天测控技术有限公司 一种用于机床主轴状态预测的数据处理方法及装置
CN112486091A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 江苏科技大学 一种中低速柴油机关键孔系加工方法
CN112486091B (zh) * 2020-11-27 2022-02-11 江苏科技大学 一种中低速柴油机关键孔系加工方法
CN112487715A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 江苏科技大学 一种船用柴油机机身关键孔系工艺参数可靠性优化方法
CN113500359A (zh) * 2021-07-23 2021-10-15 北京新风航天装备有限公司 一种长轴距变直径复杂薄壁结构件的精密加工方法
CN113500358A (zh) * 2021-07-23 2021-10-15 北京新风航天装备有限公司 一种锥形体精密加工方法

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