摘要
科技兴国，航空业对零部件制造精度和产品可靠性要求不断提升。航空零件既要保证强度和结构稳定的要求，同时也追求质量小的原则，因而薄壁件得到了航空制造业的青睐。薄壁件形状复杂，在加工中整体材料去除量大，受切削力和热、摩擦、残余应力、加工环境等多方面影响，易出现加工变形，这始终困扰着精密制造业。为了推动航天业发展，亟待找到减小和抑制薄壁件加工变形的方法。本文主要研究航空薄壁框类零件，采用仿真和试验结合法找出减小和抑制加工变形的规律与措施。详细的研究内容如下： (1)首先通过切削原理将铣削全过程简化为单齿的三维斜角切削过程，再使用模拟仿真技术得出切削加工中刀具及工件的温度和应力分布、切屑的形态、三向切削分力以及工件沿不同路径下的切削变形。然后在三维斜角切削仿真的基础上建立了立铣削模型，再利用Python语言对有限元软件进行二次开发，通过软件内置Plug-ins模块将立铣削前处理建模过程封装到ABAQUS内核，从而生成了操作简单、参数化建模、图形交互的立铣GUI建模插件，大大提高了建模和仿真效率。最后利用立铣插件进行正交仿真实验，得出硬铝7050-T7451的铣削经验公式并通过试验验证其准确性。 (2)利用得出的铣削经验公式，将经验铣削力施加“日”型薄壁框体侧壁上，利用控制变量法研究各侧壁连接方式对侧壁铣削变形的影响。通过仿真分析得出在壁厚、材料一定时，侧壁A和侧壁C的变形量与长纵比、长宽比变化成正相关；侧壁B的变形量与长宽比基本无关，而与长纵比成负相关；侧壁连接形式不同时加工变形亦不同，铣削面越大变形越明显。最后还研究了铣刀沿进给方向和轴线方向变化对三边固定一边自由侧壁的加工变形影响，得出铣刀位置变化对于侧壁加工变形的影响规律。 (3)考虑零件初始残余应力，并通过仿真得出在加工顺序不同时整体加工变形量亦不同，对比确定最优的加工顺序并通过实验验证，最终得出“工”字型薄壁件采用分层分级阶梯加工顺序变形最小，比单侧依次加工小了43.6%，比对称分层加工小了35.3%；对于多框薄壁件采用“先+后×”隔框加工和斜对称加工顺序可以有效减小加工变形。 三维斜角切削仿真呈现了立铣刀单齿切削的全过程，可预测加工中刀—工—屑的应力及温度分布；通过Python开发的三维立铣GUI插件实现了7050-T7451硬铝的铣削力及铣削变形的预测，提高了建模效率。“日”型薄壁框件自身结构尺寸与侧壁加工变形存在一定规律，可为研究复杂多框类薄壁件提供依据。此外，本文得出分层分级阶梯加工可减小“工”字型薄壁件加工变形量，“先+后×”的加工顺序可有效减小薄壁多框件的整体加工变形，这些加工策略对实际加工制造具有指导价值。
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