铝合金薄壁零件数控加工及工装设计开题报告

 2021-08-08 01:08

1. 研究目的与意义

随着我国经济建设与社会文明在持续快速发展。材料,尤其是金属材料的产量也得以快速增长。铝与铝合金是金属材料中产量最高,需求最大的材料。铝与铝合金是我国国民经济的支柱产业,同时是重要的国防材料。尤其是铝合金薄壁异形件主要应用于在航空、航天机载设备和地面交通工具中,因此要求壁厚薄以达到减轻重量的目的,同时需要保证一定的强度与刚度。通过它将若千只微波器件按一定的相互位置关系装备在一起,按电信设计要求实施微波信号额发射与接收。因此该类零件的加工精度要求更高。

铝合金薄壁异形件的种类很多,其尺寸、大小和结构形式随其用途的不同也有很大的差异。一般来说铝合金薄壁异形件的主要结构特点是:有加工精度要求的安装孔:结构复杂、没有明显基准面;壁厚薄而且不均匀;铝合金材料与一般钢铁相比,切削或镗孔后容易产生切削应力,都会由于振动面在工作表面上留下振纹,从而影响了加工质量; 如采用传统的精车或者铣削的加工方式工件的变形量通常较大,会产生较高的废品率。因此,研究大型铝合金薄壁件的精加工法有着十分重要的实际意义和应用价值。

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2. 国内外研究现状分析

南京航空航天大学的王志刚等人应用有限元法分析薄壁件因切削力引起的变形,计算出加工误差,为此基础上提出一种数控补偿法:通过过切补偿让刀误差,精加工一次走刀达到加工精度要求。之后,南京航空航天大学和西北工业大学武凯、廖文和等人在不同的切削参数下切削力变化规律以及切削力引起的加工变形进行理论分析与实验研究,并以此为基础提出了高速切削铣削参数选择原则,使薄壁件加工精度得到了保证,加工效率大提高。

北京理工大学的袁光明、孙厚芳和陈光明提出一种可变夹紧力夹具方案,通过采用高速开关阀作为液压系统的动态控制元件,来控制夹紧力大小,以适应切削力,减少加工系统的切削变形。除此之外,还有利用楔形心轴填充在内孔中,以减小切削力、夹紧力对其变形的影响,以达到加工工艺的要求采用双刀符合切削,即加工时外圆车削与内孔镗削同时进行的方法,来保证加工质量。

为了研究受力变形,Kline W A,DevorR E,Linnberg R等人对铣削加工力学模型进行研究;以力学模型为基础,Devor R E,Ee Meng Lim,Jer Shyong Tsai等人在不同加工条件下对工件的加工变形进行了有限元模拟析;Elbetawi从刀具与工件的动力学角度出发,建立了薄壁件变形仿真模型,提出了加工参数与刀具几何参数的优化选取方法。Buak 和Altintas 深入研究了具有三边自由,一边固定边界条件的高柔度型薄壁板件的数值建模与铣削变形误差的思路,建立了满足公差要求的进给速度粗略近似比例计算方法。而Masset 等人研究了车削与平面铣削加工变形的有限元计算问题,将TDEAS于NASTRAN求解器集成在一起,用于控制加工精度。

此外,Louis Calrera Jr,Derrico G E,Koji Teramoto等人对热变形,加紧变形,残余应力变形导致的加工变形也进行了广泛的研究。在这些理论研究的基础上,一些控制薄壁结构件加工变形的工艺方法得到了应用,如Budak E 和Altintas Y提出了通过控制进给量减小变形,Zbigniew Lechniak 提出了通过改变刀具路径对加工误差进行数控补偿,Obara H 和Watanabe T则研究了低熔点合金填充法进行变性控制等。Alintas Y结合工厂中的加工实际,提出了在精加工最后一次走刀后,无进给光切几次,并结合手工打磨的方法。该方法虽然能够将大部分残余材料切除护,但大大增加了加工工时,且加工表面粗糙度也会大大增加。

俄罗斯方面也研究了一种特殊的锥形刀具,用这种刀具对溥壁零件进行加工,从而对壁厚精度进行了控制。

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3. 研究的基本内容与计划

课题的目的是让我们在以往对机械制造及工艺学习的基础上熟悉零件加工的设计流程;它既是一次检阅,也是一次锻炼,使我们系统地掌握零件数控加工及工装设计的技术,并与Auto CAD、UG、Pro E Master cam等设计软件相结合,提高了我们的机械加工及设计能力

课题计划安排:

(1)第1周-第2周:熟悉设计课题、查阅资料,填写开题报告和文献综述;

(2)第3周-第4周:学习Master cam等软件。

(3)第5周-第6周:工艺规程的拟定,

(4)第7周-第8周:专用夹具的设计;

(5)第9周-第11:周数控程序编制;

(6)第12周-第13周:撰写毕业论文设计说明书;

(7)第14周:毕业设计答辩。

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4. 研究创新点

通过查阅相关资料,理解国内外研究发展状况,结合前人的研究,本论文将参与导师和研究生学长学姐的课题研究,获得相关的研究方法和经验。

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