磨削夹具的建模与仿真翻译.doc

磨削夹具的建模与仿真在加工复杂的workpiece-fixture行为是一个重要的组成部分的夹具发展的过程。在细节,受力情况对夹具元件必须被分析。方法预测的反应过程,夹紧力由于载荷作用呈现在这篇文章。一开始,详细资料,workpiece-fixture行为过程中由一个复杂的有限元模型。其次,数量的减少的元素导致一个较小的模型计算时间明显减少,验证和用于变异的过程参数。最后,分析了基于该模型的描述是两者的结合的结果。协助定理是可能的反应力和预测的依赖几种工艺技术参数。该方法已证实的造型形态磨喷嘴导叶。1介绍overall-costs和交货期的降低是之一其主要目的在制造的今天。与此同时创新的资料,包括钛合金、复合材料和metal-composite三明治是用于装配更轻、更和更复杂的部分。在制造过程中,夹具是用来准确定位和紧身举办了工件。能力建立和安全所需的位置是重要的评估一个固定的有效性系统。进一步,产品差异化的需要增加高效、灵活、准确、自动修理系统在工业。特别是在航空航天汽车行业的低流量的数量、价值高和difficult-to-handle产品1 - 3增加专业设备是在一个肿块。经济生产和不能被重新配置容易。否则模块化设计和施工设备很可爱费时且昂贵,问题在重复性和定位精度4、5。此外,无法控制的质量和精度、相互影响的积极生产过程中在装卸。因此有必要主动,高效、灵活、精密夹具系统,的研究领域是在许多产业的境地。为基础的开发过程,部队作用于固定部件在制造待分析过程。一个迭代改进设计的夹具原型仍然是常见的开发成本高,导致6。与此同时许多方面,其中最为重要的workpiece-fixture接触条件下,通过切割工件产生失真夹紧力和变形的工作抓握工具仍然喜欢研究努力17 - 9。因此,一个有效的建模与仿真方法workpiece-fixture预言的行为在加工是必需的。它使可能性的夹具优化、太10。因此,有限元法(FEM)是适当的工具,这是用于模拟7。2的有限元模型基本上,有限元模型已经提出来了把整个喷嘴导叶(NGV)分为三部分:内部和外部的框架连接由六个叶片(图1)。图1划分成构件NGV。此外,一个造型归纳法显示。详细的FE-model已经降低了关于截面简化,利用参数最优化。最后,这两种结果模型结合一个解析描述的反应力量(图2)。图2不同模型的类型。复杂的FE-model 2.1曲线和曲面边界的复杂的工件导入从CAD数据。在此基础上,模型被使用和六面体四面体包围元素。前面已经提到,部分被切成碎片。分别用已经造成的同样数量和位置上的节点的联系表面。这导致了一个混合的eightnoded模型等参3 D元素与tri-linear砖插值和four-noded四面体元素。共大约550000种元素是有必要的,以描述这个复杂的工件的几何形状几乎完全(图3)。图3复杂的模型。该材料具有被认为是均匀和线性各向同性。此外,残余应力和热膨胀忽视了合理。参数FE-model 2.2减少计算时间扩大能力变化的工艺参数。因此,度数的自由必须被减少。对发挥影响工件的行为,一个新的降低的方法被提出。首先,特色截面参数(如区、二阶矩惯性)三部分组成的工件分析。后来适当简化的横截面形式被选中(图4)。在这种情况下板材,忽视了墙厚度一直认为是固定的内部和外部的帧。因此,它是可能的分每一个截面成简单的分区(如三角形,长方形、平行四边形面积)。而且板的下半截是代替简单合理的平行四边形的十字架截面的几何形状。共描述简化的几何形状整个工件已降低至30尺寸(数字4和5)。作为一种重要的下一步方程的区域中心的区域,和第二次的死惯性矩的已经发展依靠所有分区的尺寸的三阶层几何学的(表1)指的是重心整个截面的年代(yS、zS系列)。价值观对整个截面的几何进行了评价总结所有的分区所有的几何参数进行了优化真正的部分比较及参数模型。这优化准则:转动惯量的第二个时刻相关的中心Iyy区,Izz和Iyz主矩I1和转动惯量的感应和他们的取向断面的面积这样做的目的是为了找到一个参数集导致相似结果比复杂的参数模型模型。有相似的截面特性工件的行为是简单的参数模型假设是平等的,太。目标(参考数值)都是取自于CAD模型的工件。被选中的起始值近似几何形状的真实部分。进一步的,一个最优化用最小二乘法拟合过程用来找到一个合适的参数集。一个边界条件取向角刀片还未确定。再说一次,这是每一个参数进行了确定三部分分别的。考虑到标准如上所述,在比较相对误差真正的部分边界是5%,结构。由于边界条件的角度倾斜叶片的相对误差的主矩的惯性大约是10%。叶片的偏差认为是由于他们的小影响可以忽略不计对反应的力量。基于估计参数值,简化FE-model已研发出MSC.Marc。Mentat。使快速的修改,一个剧本自动网格生成已经产生。与给定参数的设置,这也创造了整个网格自动。最后,参数FE-model包括约17000 eight-noded 3 D砖元素,其中数额的3%的复杂模型的元素。相比而言,图3相似模型几何是显示在图6。3边界条件3.1磨削力“运动行为约束系列磨削单一的约会,统计不规则依赖对结构的切削区、运动价值观与几何性质。基本的模型主要基于测试与常规产品。所以,适用范围限于加工条件通常采用常规磨削过程13。磨削是一幢很高的建筑物复杂的生产过程,以大量的特徵量此三者相互作用、相互影响再现性14是至关重要的。”小喂率磨削力的可以解决部队在三个部分组成,即正常磨削力新生力量,切向磨削力和一英尺组件作用力的方向沿纵向喂,这是常被忽略,因为它的微不足道。切向磨削力的是太多了低于正常的磨削力15。“此外,正常的磨削力造成冷却润滑剂高达平常的普通磨削力甚至吗更高的16、17。根据贝克和Heinzel1617主要影响因素是体积流量、裁断速度快和晶粒尺寸。很多不同的基本模型的磨削力即可被发现在文学(表2)Klocke18突出。没有一个给定的理论模型可用于磨削力的评价。所有模型包括根据特定的参数对工件材料和/或加工条件。这些特徵实验参数确定每个过程和工件材料。它是不可能的测量磨削力和工艺参数由于生产能力的使用的生产商。此外,这个过程在这个案例中是独一无二的由于各种复杂形状磨和变量磨削领域和super-alloy工件。作为一个结果,没有相应的文学,以为这些工艺参数。各种各样的出版物或处理简单的磨削工艺(如面磨削)或者使用传统的工件材料。由于缺少实验数据或具有可比性磨削力工艺参数理论模型,概述了相应的项目进行了探索研究。从大的结论Niewelt25通过迈耶26,在调查的磨削镍合金相似基础资料在这种情况下其他相关文献研究和比较13、15、27-29,有关磨削力已合理假设对当前安装在正常及切向用法:新生力量= 20N / mm,英尺= 4N /毫米。(3)应用两种可能性负载进行了试验。第一,部队已经应用于固体的接触身体代表砂轮几何和接触变形工件,动人沿着地面区域。由于离散化工件几何形状和小位移进行比较对砂轮直径、接触面积限于两个节点。根据这些结果,调查磨削力已经转化为等距静在地面上点负荷区(图7)。这将会降低计算时间,避免迭代过程接触的算法。图7的复杂模型和两个守时的夹紧力对刚性直接接触食物的物件。应该指出,所有点负荷是奇性在FE-model导致更高的变形和强调了真正的过程。这些山顶是有限的周围的小区域点负荷,虽然主要重点,即反应力夹紧机构,不受影响。Fixture-workpiece-contact 3.2目前,膝盖杠杆是用来夹紧工件。基于给定的紧缩扭矩螺丝、装夹部队已经估计使用Boge螺杆的前负荷的方法30和力量律法的杠杆。为了避免塑料因变形夹紧力、接触应力是有限的产量抗拉强度。从而最大的锁模力确定与之接触的帮助方程31。在FE-models,周围的表面夹具为刚性接触的表面团体(图7)。Fcnf正常的夹紧力已经被应用于每一个单独的节点膝盖杠杆。这个节点被耦合到表面的代表刚性接触的身体。此外,节点位移在水平方向已经被修正承受横向联系的力量。最后,只不过是支持地区固定位移边界条件。3.3发热影响考研是一个过程,重要的热负荷在工件。此外,不同的固定的原则(如压电陶瓷驱动)有一个非常高热灵敏度。然而,热导率工件的受力并不是由于考虑小的热影响区和冷却润滑剂在洪水工件磨削过程中。不过,固定分的影响完全被忽视了以及热膨胀的工件。4仿真结果4.1验证参数模型参数模型进行比较,验证了两种类型的仿真结果。首先,单点的负荷已被广泛应用于工件上固定位移边界条件,忽视接触问题,摩擦和夹具结构刚度。最大总位移的靠近负载节点进行比较(图8),结果是相应的应用载荷除了第一个和最后的增殖。这是由于不精确的更换用一个简单的平行四边形刀片几何及其影响在连接刚度的帧。除了外载荷的位置,相对误差较小超过2.5%。8字形的最大总位移负荷点的位置。其次,fixture-workpiece-contact曾被考虑过,太、评估受力情况的反应由于膝盖杠杆磨负荷。一般来说,军队显示了同一曲线具有相似的绝对路径价值观。正常的受力情况的膝盖杠杆依然存在整个过程中不断两者模型。相比之下,横向力的膝盖杠杆以及所有力量组件上表演显示一个时间支持表面的依赖。作为一个例子,反应力支持区域1、3病例5负荷过程中进行了初步比较(图9)。健身球的曲线为两种结果在大多数情况下模型相似但不平等。所有负荷案例及夹具元件的逼近图9力量支撑面的正常反应。接触正常部队几乎准确。这是可能的指倾向的横向力帮助参数模型,不明确的价值观。图10,计算时间的复杂模型和参数化模型的比较。参数约25次模型减少计算昂贵。这个巨大的减少4%的计算时间是由于少数元素使用在参数化模型。相似的结果得到了不同磨削模型力量,也是。因此,参数模型不够精确为复杂。但作为减少计算昂贵的预测提供了一个机会倾向。这是可能的FEmodel结合参数改进和优化操作装置的位置了。图10比较复杂,参数化模型CPU时间。4.2参数变化其主要影响参数对反应的力量是静摩擦系数,磨削力和夹紧力。这些参数利用参数化模型不同。摩擦系数被合理假设要= 0.2。考虑其他表面镀层(= 0.4)支持,涂上一层的表面(= 0.05),摩擦系数被多样。正常的受力情况两个膝盖整个杠杆都保持不变过程中,由于行动的方向磨削部队。横向预紧力两个膝盖杠杆由于夹紧负荷显示一个线性相依静态摩擦系数。同样的,依赖时间的力部件磨削过程中造成的在上升。图11显示了横向力途径的力量。这是合理的假设,振幅部队的反应所引起的夹紧负荷摩擦系数线性依赖。此外,模拟已经完成,占50%;150%的假设的磨削力。再说一次,这是正常的部队保持稳定而横向受力情况在两膝杠杆(图12)变化。振幅动力部件的是线性的依赖在磨削力。最后,锁模力三次被下降了25%(图13)。不出所料,静态分享的反应力线性依赖于夹紧力。下降夹紧力使降低反应部队在所有的方向自然。振幅的动态横向反力磨削过程中造成的也在改变,依赖于夹紧力。这种依赖是该人是线性的。两者的结合效应导致的非线性横向反力浦上了preloads夹。图11摩擦系数的变化:横向力的膝盖杠杆。图12磨削力的变化:横向力的膝盖杠杆。图13夹紧力的变化:横向力在膝盖上杠杆。5分析模型开发了一个分析模型exemplarily的横向力在x-direction被应用在一个膝盖杠杆。的精确性的模型,它为依据的一个曲线路径是从复杂的模型。此外,参数变化的结果与参数模型已用于考虑的附庸对磨矿负荷、夹紧力系数静态摩擦(如图14)。如图14发展的分析模型。总反力Fx以来由于其Fx-preload夹紧preloads原因和磨削力Fx-grind(图15)。外汇(t)= Fx-preload + Fx-grind(t)。(4)由于反应部队的切削载荷通过消除持续评估前负荷力组件。此外,该曲线近似由一个正弦函数,从而导致实证的基本形式模型(图3):外汇(t)+ a = Fx-preload罪(bt + c)+ d。(5)所有的四个参数在近似图15反应力引起的膝盖杠杆加载及研磨部队。图16时变反力负载和由于磨削正弦近似。函数曲线拟合确定一个程序。施加力量已经离开的仿真结果相符合。参数b和c也会影响时期和阶段转移的功能,但不是依赖夹紧荷载作用下,磨削力和摩擦系数。一旦被确定为一种力路径,他们保持稳定。结垢是由参数a和d。单位参考结果的章节4.2,振幅的正弦波近似线性依赖于磨削力以及夹紧力和摩擦系数。而且同样的依赖假设为垂直移动d。最后,a,d和施加部队又依赖于静态线性系数有摩擦。预测由于反应部队在变化的过程参数,一个精确的参考路径(测量或力量取自模拟结果与复杂模型)已被烫伤。比例因子指的夹紧力、磨削负荷及摩擦系数的参考曲线(索引和引用)进行了介绍。()()cnf磨磨夹cnf磨cnf-ref grind-reffrict参考,(),。福福k F k F福楼凯西= =(6)一个结合的基本模型(5)和放大(六)因素导致最后的分析模型。()frict cnf cnf磨夹-preload磨研磨(,)()()罪()。xx福福福t k F kF k层bt c d=+ +(7)6总结和展望采用不同的FE-models方法提出了马提亚KLAERNER丁晓萍。中国科学E-Tech Sci |丝氨酸卷2009 |年52 |没有。7 | 1821 - 1829允许预测根据不同反应部队磨削参数。一个复杂的FE-model的大量的元素随后被创造出来具有相似的力学性能参数模型更少的元素。因此,截面简化的几何参数和优化的基础在第二个瞬间的惯性。结果提供了详细的复杂模型workpiece-fixture信息行为的期间这个过程。分析了工艺参数的影响已经进行的速度,但不甚准确吗导致比例因子参数模型。准确的力