高精度密封平面在实际加工中对工艺技术和加工精度等有着较要求，在实际加工阶段会受到多种因素的影响导致加工质量和精度不达标，本文以航空发动机中燃油泵高精度孔密封面为研究对象，分析切削参数对其造成的影响，通过仿真分析了解多方面数据参数的影响规律，应迭代计算优化相关参数，制订相应的控制方法和工艺措施，实现对加工精度的有效控制，保证切削加工几何参数合理。
1.零件的加工特点
高精度密封加工面零件加工时，由于航空发动机燃油油泵结构较为特殊，需要提前了解材料属性和具体的结构特征，该零件关键部件特征孔的尺寸比较小，在铣削加工时没有足够的作业空间，经常会出现进刀困难的情况，从而影响切削精度；同时，铣削孔密封面加工处理中，也会产生较多误差，影响最终的尺寸参数；泵体密封孔的深度较深、尺寸较小、孔系较多，实际加工阶段经常会各部位的壁厚不同，这就导致零件在加工阶段出现变形问题。
2.基于ABAQUS高精度密封面加工工艺有限元模型建立
2.1刀具模型的建立
在选择刀具时需要充分考虑到零件加工中的灵活性与适应性，可以满足不同类型零件的加工需要。组合式面铣刀能满足这一要求，其可以使用同一刀体与不同的刀夹组合搭配，还能调整刀片的角度与位置，进行多样几何角度切削，使用灵活性较高，能够随意调整刀片的轴向，应用效果良好。在组合式面铣刀刀盘上安装刀片时，当选用背前角和侧前角均为正角的DP刃型，即背前角和侧前角均为正值，一般采用背前角为8°～30°，侧前角为5°～30°的面铣刀。前角的角度与切削力以及加工期间的耗能有着一定联系，前角越大，切削力和耗能越小，但若刀具的角度过大，不但会影响刀具的整体强度，无法保证加工效果，还会导致刀具磨损严重，不能长期使用。
2.2工件材料的本构模型
材料本构模型是对加工处理中材料外部变化和内部应力变化之间的联系进行分析，将材料变形过程中内部应力的动态变化体现出来。通过对材料流动应力影响因素的研究可以发现，变形程度、温度和速度等是其中的重要影响因素，那么在实际建立材料本构模型的过程中也要充分考虑到上述参数，并平衡好流动应力与其他变形参数之间的关系，这是影响仿真分析结果准确的重要因素。本研究中需要建立数据准确的材料本构模型，确保零件在出现变形问题时可以了解流动应力的具体变化，获得切削加工变化结果，从而分析刀具切削几何参数对高精度密封面加工质量的影响。工件材料为CrMo42A，采用Johnson-Cook（J-C）强度本构模型来描述工件材料的相应性能。
2.3工件材料的失效模型
在ABAQUS有限元软件中所选用的失效准则为Shear Criterion，该准则是预测在局部剪切区发生剪切失效的第1种失效模型，该模型假设在失效发生时等效塑性应变为ε，是一个由剪切应力比θs与应变率ε组成的函数，随塑性位移单调增长的变量。
2.4边界条件设置
工件的材料选定为42CrMoA，材料的力学性能和剪切损失参数需要进行严格控制，工件材料塑性参数的具体数值为：弹性模量208E/MPa、屈服强度950/MPa、剪切强度1080/MPa、密度7830/kg·m-3、泊松比ν为0.3、断裂应变为0.5、剪应力比为0.5、应变比为0.5、破坏位移为0.5。模拟仿真模型的切削参数根据现有工艺具体设置为主轴转速n=3200r/min，进给量f=0.016mm/r，切削深度ap=0.03mm。
3.仿真结果及分析
3.1背前角γ的单因素模拟结果与分析
3.1.1背前角γ的单因素模拟结果
选择3组背前角，具体角度分别为10°、15°和20°，利用ABAQUS软件建立有限元模型仿真分析不同角度下零件切削力的变化情况，绘制曲线图。通过对比分析可知，背前角γ为10°或者20°时，切削力较小，而且切削期间的稳定性较差，当γ＝15°时切削力增大且趋于平缓，集中于某一数值附近波动。
3.1.2背前角的影响分析
高精度密封面加工过程中，若切削刀具的背前角不合理，过大和过小都会对最终的切削力产生影响，导致切削力度不够，同时也无法保证切削过程中的平稳性，还容易出现已加工平面残余应力超过标准要求的情况，影响密封面平面加工精度。由此可以看出，高精度密封面加工中所用的刀具几何参数背前角是影响加工质量的重要因素，应注重严格把控，保证角度的适中。
3.2侧前角α的单因素模拟结果及分析
3.2.1侧前角α的单因素模拟结果
选择3组侧前角，具体角度为5°、10°和20°，利用ABAQUS软件建立有限元模型仿真分析不同角度下零件切削力的变化情况，绘制曲线图。当侧前角的角度选择较小时（即α1=5°），当侧前角较大时（即α3=20°），切削力变小且整个切削过程中平稳性较差，当α0=10°时切削力较大且趋于平缓，集中于某一数值附近。
3.2.2侧前角的影响分析
这一角度参数对高精度密封面加工工艺也产生了较大影响，如果侧前角过大或者过小，会使刀具的切削力度下降，而且还会出现剧烈波动的现象，从而影响加工质量和精度，还会增大已经加工完成的平面其残余应力。由此可见，若在高精度密封面加工时所用的刀具侧前角不合理，会影响最终的加工质量，所以应根据零件加工要求和特点合理选用几何角度，保证侧前角适中。
3.3残余应力数据分析
主要使用最小二乘法分析最小化误差的平方，根据计算结果寻找数据的最佳函数，整个计算过程比较简单，能够快速计算出未知的数据，而且所求数据与实际数据之间的差异最小，另外，最小二乘法在曲线拟合方面也能够获得良好效果，对零件加工后的表面残余应力进行拟合分析，能够快速获得背前角、侧前角在不同角度下的残余应力变化情况，通过拟合曲线进行表示。根据拟合曲线可知，背前角在15°时工件表面残余应力最小，而角度为10°和20°时表面残余应力增加，容易引起零件变形；侧前角在10°时，零件加工后的表面残余最小，而角度在5°和20°时，残余应力增加，无法保障加工精度。经过仿真模拟分析可获得残余应力的变化规律，一般在实际加工阶段，会将刀具背前角和侧前角的角度分别控制在15°和10°，可保证高精度密封面的加工质量与精度。
结语：高精度密封平面实际应用于航空制造当中时，生产制造技术人员需要了解零件的加工特点和各加工要素之间的位置要求，保证数据参数精度达标。基于ABAQUS 有限元分析软件的仿真分析可确定刀具几何参数的影响，以此为依据优化和调整高精度密封加工工艺流程和各项参数，根据工件特点选择最佳的参数，保证高精度密封面加工工艺的合理性，这对提高加工质效有着积极影响。
参考文献：
[1]夏军.大型压力容器关键部件密封面加工技术的应用[J].设备管理与维修,2023,(24):120-122.
[2]温善伦,李游,罗海雷,等.密封面条件下套管内螺纹加工工艺设计[J].工具技术,2023,57(05):102-105.
[3]彭娉,陈时健,任利杰,等.三偏心蝶阀密封面在位测量的点云数据处理方法[J].仪器仪表学报,2021,42(12):30-38.