CN110293366A - 一种工件加工变形的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工件加工变形的控制方法，在初次粗加工阶段可以通过预留符合一定条件的加强筋，增强工件的抗弯刚度，能够很大程度地减小初次粗加工阶段的加工变形；将初次粗加工阶段预留有加强筋的中间工件放置72小时以上，得到稳定的中间工件，最后通过二次切削加工去除稳定的中间工件中预留的加强筋；此时由于工件内部应力已经充分释放，且需二次切除的材料较少，不会产生较大的应力重分布，故切除加强筋后，最终得到的加工工件不会再产生较大的变形；由此可见，本发明通过采用预留加强筋进行二次切削加工的方法，能够有效提高工件的抗弯刚度，从而减小最终的加工变形，能够用于指导薄壁弱刚性零件的结构设计。

Description

一种工件加工变形的控制方法

技术领域

本发明属于残余应力加工变形控制技术领域，尤其涉及一种工件加工变形的控制方法。

背景技术

加工变形主要由毛坯初始残余应力、装卡力、切削力和切削热和加工引入残余应力这四个因素造成，其中，毛坯初始残余应力对加工变形的影响最大。在零件加工前，主要通过热时效、振动时效来均化残余应力场、降低残余应力场峰值，从而控制加工变形；然而热时效耗能较高，且与振动时效一样，都存在过程不好控制、去应力效果不理想以及最终得到的工件变形仍较大的缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种工件加工变形的控制方法，通过预留加强筋的初次加工→静置至尺寸稳定→切除预留加强筋的二次加工，可以有效地提高工件的抗弯刚度，减小工件的加工变形。

一种工件加工变形的控制方法，包括以下步骤：

S1：通过加工变形预测半解析模型或有限元模型获取待测工件模型的变形敏感方向和最大变形位置；

S2：在待测工件模型上设置加强筋，其中，所述加强筋设置满足如下条件：

加强筋方向平行于所述变形敏感方向；

加强筋所在位置与所述最大变形位置的相对距离小于设定值；

加强筋的总厚度小于待测工件模型在加强筋厚度方向尺寸的10％；

S3：按照设置有加强筋的待测工件模型对毛坯件进行初次切削加工，得到带有加强筋的中间工件；

S4：将所述带有加强筋的中间工件静置72小时以上，使得带有加强筋的中间工件在设定时间段内的尺寸形变小于设定值，得到稳定的中间工件；

S5：从所述稳定的中间工件中切除加强筋，得到最终的加工工件。

有益效果：

本发明提供一种工件加工变形的控制方法，在初次加工阶段可以通过预留符合一定条件的加强筋，增强工件的抗弯刚度，能够很大程度地减小初次加工阶段的加工变形；将初次加工阶段预留有加强筋的中间工件放置72小时以上，待应力重分布充分、尺寸相对稳定后，得到稳定的中间工件，最后通过二次切削加工去除稳定的中间工件中预留的加强筋；此时由于应力已经充分释放，且切除的加强筋相较第一次加工去除材料较少，不会产生较第一次加工所引起的较大的应力重分布，故切除加强筋后，最终得到的加工工件不会再产生较大的变形；由此可见，本发明通过采用预留加强筋进行二次切削加工的方法，能够有效提高工件的抗弯刚度，从而减小最终的加工变形，能够用于指导薄壁弱刚性零件的结构设计，还可以为零件粗加工预留余量的选取提供一定的参考。

附图说明

图1为本发明提供的一种工件加工变形的控制方法的流程图；

图2为本发明提供的毛坯件加工的过程示意图；

图3为本发明提供的加工工件最终的结构示意图；

图4为本发明提供的毛坯件一次加工后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，该图为本实施例提供的一种工件加工变形的控制方法的流程图。一种工件加工变形的控制方法，包括以下步骤：

S1：通过加工变形预测半解析模型或有限元模型获取待测工件模型的变形敏感方向和最大变形位置。

S2：在待测工件模型上设置加强筋，其中，所述加强筋设置满足如下条件：

加强筋方向平行于所述变形敏感方向；

加强筋所在位置与所述最大变形位置的相对距离小于设定值；

加强筋的总厚度小于待测工件模型在加强筋厚度方向尺寸的10％。

需要说明的是，考虑到二次加工切除的材料多少，将影响到再一次发生应力重分布产生的变形的大小，通过理论模拟计算得出，当加强筋的总厚度不大于该工件模型在加强筋厚度方向尺寸的10％时，二次加工所产生的变形较小。

S3：按照设置有加强筋的待测工件模型对毛坯件进行初次切削加工，得到带有加强筋的中间工件。

S4：将所述带有加强筋的中间工件静置72小时以上，使得带有加强筋的中间工件在设定时间段内的尺寸形变小于设定值，得到稳定的中间工件。

S5：从所述稳定的中间工件中切除加强筋，得到最终的加工工件。

下面对5个毛坯件进行切削加工试验，以证明本实施例提供的一种工件加工变形的控制方法能够有效地减小工件的加工变形。

参见图2，该图为本实施例提供的毛坯件加工的过程示意图。其中，试件1为一次加工成型，试件2～试件5采用本实施例提供的二次加工成型，且试件2～试件5的加工区别在于加强筋的设置位置和总厚度不同。

参见图3，该图为本实施例提供的加工工件最终的结构示意图。由图3可知，本实施例需要将材质为7075-T6铝合金的毛坯件加工为九宫格形框类工件，一下简称九宫格工件。参见图4，该图为本实施例提供的毛坯件一次加工后的结构示意图，其中，工件宽度为150mm，长度为300mm，考虑到二次加工切除的材料多少，将影响到再一次发生应力重分布产生的变形的大小，通过理论模拟，发现加强筋的总厚度应不大于该工件模型宽度的10％，二次加工所产生的变形较小，则本实施例中，九宫格工件设置在t1和t2处的加强筋的总厚度要小于15mm，t3和t4处的加强筋的总厚度要小于30mm，其中，t1表示九宫格工件长度方向上外边缘的宽度，t2表示九宫格工件长度方向上中间边缘的宽度，t3表示九宫格工件宽度方向上外边缘的宽度，t4表示九宫格工件宽度方向上中间边缘的宽度。具体的，加工完成后的试件1与仅经过一次加工的试件2～试件5的尺寸如表1所示：

表1

为了便于描述，将九宫格工件的长度方向设定为X方向，宽度方向设定为Y方向，则由表1可知，最终加工完成得到的九宫格工件，各边缘的尺寸均为2mm，则相对于试件1，试件2的X方向的外边缘的宽度增加为4mm，试件3的X方向的外边缘的宽度增加为8mm，试件4的X方向的外边缘的宽度增加为8mm，同时，Y方向的外边缘的宽度增加为4mm；试件5的X方向的中间边缘的厚度增加为8mm。

基于半解析模型计算和有限元仿真可得，试件1在第1次加工完成的72小时内，底面的翘曲变形随时间有少量的变化；由此可见，零件加工完成后，由于引入残余应力和初始残余应力的共同作用，内部依然会存在一定的残余应力，则零件经过一段时间后，内部的残余应力将发生的重分布，从而导致变形的进一步发生。试件2～试件5放置72小时后，开展第2次加工，切去预留的加强筋。具体的，试件2的X方向的外边缘切除2mm的加强筋，试件3的X方向的外边缘切掉6mm的加强筋，试件4的X方向的外边缘切掉6mm的加强筋，同时，Y方向的外边缘切掉2mm的加强筋；试件5的X方向的中间边缘切掉6mm的加强筋。

本实施例在最终加工完成后的720h内，定期多次的测量九宫格工件的尺寸，获得了九宫格工件变形随时间的变化规律，并确定了静置72h后，九宫格工件尺寸变化趋于稳定。具体的，与切去加强筋前相比，切去加强筋后试件2～试件5底面的变形虽然均有一定的增加，但与一次加工成型的试件1相比，试件2～5的最大变形分别减小了5.43％，22.80％，23.32％和13.57％。由此可知，当保留外边缘的加强筋时，预留加强筋较薄，其最终产生的形变要大于预留较厚的加强筋；同时，当预留加强筋的厚度相同时，保留内部的加强筋，其最终产生的形变要小于预留较厚的加强筋；也就是说，预留工件内部的加强筋，且加强筋的厚度较大，同时总厚度小于工件宽度的10％，能获得更好的减小加工变形效果；但总体而言，将粗加工阶段预留有加强筋的工件放置72小时，待仅经过一次切削加工后的中间工件的应力重分布充分、尺寸相对稳定后，再去除预留的加强筋。由于中间工件的应力已经充分释放，故切除加强筋后，由于切除的加强筋相对较少，不会产生较大的应力重分布，工件不会产生较大的变形；因此，本实施例通过采用预留加强筋进行二次切削加工的方法，能够有效提高工件的抗弯刚度，从而减小最终的加工变形。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种工件加工变形的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过加工变形预测半解析模型或有限元模型获取待测工件模型的变形敏感方向和最大变形位置；

S2：在待测工件模型上设置加强筋，其中，所述加强筋设置满足如下条件：

加强筋方向平行于所述变形敏感方向；

加强筋所在位置与所述最大变形位置的相对距离小于设定值；

加强筋的总厚度小于待测工件模型在加强筋厚度方向尺寸的10％；

S3：按照设置有加强筋的待测工件模型对毛坯件进行初次切削加工，得到带有加强筋的中间工件；

S4：将所述带有加强筋的中间工件静置72小时以上，使得带有加强筋的中间工件在设定时间段内的尺寸形变小于设定值，得到稳定的中间工件；

S5：从所述稳定的中间工件中切除加强筋，得到最终的加工工件。