环境温度对圆柱件直径尺寸影响分析及补偿措施.pdf
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1、2023年 第9期 冷加工60智能制造 Intelligent Manufacturing环境温度对圆柱件直径尺寸影响分析及补偿措施蓝仁恩1,邓科2,于殿君2,袁慧君2,周成康2,31.海装驻北京地区第三军事代表室北京1000002.北京特种机械研究所北京1000003.北京理工大学北京100081摘要:针对圆柱件直径精度受温度影响的现象,对可能的影响因素进行了分析,研究了温度变化对精度的影响机理,建立了数值模型,计算了温升对精度的影响结果。对大量圆柱件直径的检测数据进行了归纳分析,得出了圆柱件直径精度与温度变化之间的规律,提出了圆柱件直径精度在不同温度下的补偿量。关键词:圆柱件直径;精度;补
2、偿;环境温度1 序言某大型圆柱构件直径是其关键指标,对其产品性能有较大影响,精度要求高,对成形和检测都提出了很高要求。但大型结构件受工件材料自身属性、加工设备和厂房环境温差等因素影响,容易产生超差问题1。而且一年四季温差跨度大,钢材热胀冷缩影响整体尺寸2。本文通过分析大型圆柱件实测数据,并利用Ansys进行仿真计算,设计了大型圆柱件直径加工温度补偿措施,解决了直径受温度影响变化热胀冷缩导致超差的问题。2 现象分析2.1 理论计算热胀冷缩是一切物质的固有属性,不论固体、液体还是气体都有这种特性。热胀与冷缩是一个可逆过程,加热时膨胀多少,恢复到原来的温度时,又会收缩到原来的长度和体积。只是不同的物
3、质,其热胀冷缩的程度不一样,例如各种金属材料的热胀冷缩率比较大,而陶瓷、玻璃、水泥以及瓷石等各种非金属材料的热胀冷缩率比较小。对于各向同性的材料,物体线性尺寸(长、宽或高)的膨胀系数一致。中国航空材料手册(第2版)第1卷 结构钢 不锈钢3中规定的不锈钢线性膨胀系数见表1,在直角坐标系下的温变曲线如图1所示。表1不锈钢的线性膨胀系数/20100 100200 200300 300400 400500/(10-6/)16.517.217.718.018.3图1不锈钢的线性膨胀系数温变曲线由此可知,不锈钢在不同的温度下,线性膨胀系数也不同,变化趋势为近似线性变化。按照25线性膨胀系数16.510-6
4、/为基准,对圆柱件的直径精度变化进行理论计算、数值模拟。圆柱件材料为0Cr18Ni9不锈钢,截面如图2所示,在环境温度变化时,材料会随温度变化发生热胀冷缩,使得圆柱件直径发生变化,根据圆柱件使用要求,其精度等级一般控制在IT7级。圆柱件生产环境温度和检测环境温度会出现2023年 第9期 冷加工61智能制造 Intelligent Manufacturing较大差异,夏季生产时,厂房最高温度可到43,冬季最低温度能够达到6,温度跨度高达37。对于不同特征尺寸的圆柱件,不同温差下其变化量(以20为基准)见表2。以20为基准,向上变化17,向下变化14,从不同直径的变化量与公差等级占比数据看,在直径
5、达到120mm时,向上变化和向下变化总和已超过了100%,意味着即使加工零误差,当温度变化时,直径精度也会超过IT8级要求。而且由于厂房空间开阔,控制厂房温度成本高、难度大,因此,在加工时增加温度补偿以保证零件在不同温度下都合格是一种既经济又便捷的 方式。表2温度变化对不同直径圆柱件的影响直径/mm向上变化量/m向下变化量/mIT8级公差/m温差影响占比(向上)(%)温差影响占比(向下)(%)102.8052.312710.398.56308.4156.933325.5021.005014.02511.553935.9629.628022.4418.484648.7840.1712033.66
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