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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(fù)雜，加工精度要求較高，故需要通過數(shù)控技術(shù)與工藝裝備的有效結(jié)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(fù)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(zhǔn)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(dǎo)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(chǔ)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(yuǎn)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(dǎo)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(yù)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(yù)測的銑削力進行驗證的情形，有限元模型預(yù)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(yù)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(yīng)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(yīng)力處理。Incoloy825合金的特點是易于加工、導(dǎo)熱系數(shù)高、切削溫度有限和化學(xué)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(fù)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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