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石油工業(yè)中，套管是加固井壁形成井筒所用的鋼管。壁厚很薄的薄壁套管，由于其硬度高，極易變形且外型復雜，加工精度要求較高，故需要通過數(shù)控技術與工藝裝備的有效結合，確保其加工精度要求。所加工薄壁套管硬度為150HB（材料為Incoloy825），最后壁厚6.5mm。由于其長度接近600mm，且加工精度要求較高（外圓為0.06mm的尺寸公差,0.01mm的同軸度公差）、產(chǎn)品外型比較復雜（外表面鑲嵌多處通槽和通孔）。鑒于這些特點，難以保證其薄壁套管加工精度。因此通過裝夾以及銑削加工有限元分析，對薄壁件的加工變形作出準確分析，并為銑削加工制造工藝的改進提供理論依據(jù)。
銑削時，薄壁套管所受的切削力可按照縱向、橫向和垂直進給方向分解為3個銑削分力。由于機床在機床升降臺的運動方向上工藝系統(tǒng)剛度最低，故垂直進給分力Fv值容易導致機床振動。在生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常遇到銑削力的計算問題。在生產(chǎn)實際中，銑削力可運用理論公式和經(jīng)驗公式進行快速估算。在考慮刀具對其銑削力影響的基礎上，選用四因素四水平正交回歸分析法，其考慮因素包括銑削速度n、進給量fz、銑削深度ap和銑刀名義半徑R。
薄壁套管銑削加工常用到的一組銑削數(shù)據(jù)如下：主軸轉速n=2100r/min；進給量fz=300mm/min；銑削深度ap=0.5mm；銑刀名義半徑R=5mm。對應于這組參數(shù)的銑削力大小為Fv=137.8N。選用這組銑削參數(shù)對應下的銑削力進行薄壁套管的有限元模擬加工，考慮到到生產(chǎn)實際中薄壁套管在其厚度方向上遠小于其長度與寬度，故在有限元模擬中，只需要輸入銑刀軸向的銑削力Fv=137.8N。
杭州那泰有限元分析公司主要針對薄壁套管局部加工變形進行研究。由于加工機床軸線方向剛度或者工件剛度不足，由于銑削力所引起局部加工變形，導致其實際銑削參數(shù)與加工要求有差距，降低薄壁套管加工精度。有限元模型預測銑削力適用于在不具備實驗條件或只需做少量實驗且需有限元預測的銑削力進行驗證的情形，有限元模型預測銑削力的優(yōu)勢在于可修改參數(shù)來探討計算參數(shù)改變對其銑削力的影響規(guī)律，直到有限元模型預測銑削力與實驗所得數(shù)據(jù)相近。
薄壁套管銑削加工并不適合去除材料進行有限元模擬分析，因為在其精加工過程中，銑刀直徑、銑削深度和銑削寬度都非常小，所去除的材料相對套管本體而言是非常小的，因此通過有限元分析來了解裝夾與銑削綜合作用下的變形與應力。
有限元模型的建立。通過有限元軟件中Workbench建立其薄壁模型，其薄壁套管長度為598.5mm，直徑為129.8mm，壁厚6.5mm，用Workbench進行模擬分析，忽略其通槽以及通孔。材料模型的選取。薄壁套管選用材料為Incoloy825，其中Incoloy825合金通過合適的加熱方法加熱到900~1150℃，采用水淬冷卻方式，最后進行一定冷加工去應力處理。Incoloy825合金的特點是易于加工、導熱系數(shù)高、切削溫度有限和化學磨損較小，且適于進行高速切削，常常用來加工比較大型#壁薄的復雜零件。Incoloy825的彈性模量E=195GPa，泊松比μ=0.3。有限元網(wǎng)格劃分。對于薄壁套管，可以通過掃掠的方法進行網(wǎng)格劃分，劃分后的網(wǎng)格為六面體單元，在其分析中可以簡化不考慮其去除材料的影響。
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