一种逐层切削法的残余应力动态测量实验研究

在航空整体结构件加工中,残余应力影响着零件尺寸的稳定性。为提高航空整体结构件加工质量,减少残余应力对加工变形的影响,需要准确分析板材内残余应力的分布规律。提出一种采用逐层切削法去除毛坯材料,利用动态应变测量技术测量残余应力释放引起的应变,从而获得材料内部残余应力大小和分布规律的方法。设计了测量实验方案,完成了数据采集和数据分析,得到残余应力的三维分布规律,同时获得残余应力释放的速度变化规律。     

基于SIGINI子程序的零件残余应力变形数值模拟研究

为提高飞机性能,整体结构件成为飞机广泛采用的主要承力构件,而整体结构件毛坯由于残余应力的存在往往导致加工后出现较大变形影响零件精度。根据模锻毛坯件的残余应力测试试验数据,逆向构建了初始应力仿真模型,采用用户子程序SIGINI施加初始应力场,运用生死单元法对分层材料进行去除。结果表明,通过表层残余应力试验数据逆向构建初始残余应力分布场计算变形的可行性,同时可以直观分析生死单元法逐层杀死单元过程中,初始残余应力的释放过程,与零件加工后的变形测量结果对比,有较高的吻合性。     

面向加工变形控制的航空整体结构件拓扑优化设计方法

在毛坯制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续的高速切削加工过程中,随着材料的大量去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。当初始残余应力水平及状态一定时,随着从毛坯上去除材料切削成形为不同的零件结构,零件变形会表现出不同的形式。因此,研究零件变形与零件结构形式之间的关系对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,通过铝厚板的材料去除等效为残余应力的释放,利用弯曲变形理论建立铝厚板厚度方向上加工变形的解析分析模型及有限元分析模型。通过航空企业现场加工、测试零件后可知：加工变形的解析值、仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,解析值与仿真值完全吻合,而两者与实验值之间仅存在不到10%的幅值误差。其次,为了使得加工变形达到最小,构建以结构体积为约束的拓扑优化设计模型,通过利用一系列凸显式子问题逼近目标和约束函数,构建拓扑优化模型的MMA求解技术。最后利用所提出的优化方法计算出C919直梁件的结构,优化前、后的加工变形分别为22.02 mm与0.7414 mm,在相同的材料去除量情况下,通过优化结构可以使得加工变形减小96.63%。     

飞机整体结构件加工变形的产生和对策

分析了整体结构件加工变形的产生机理。通过两个实例，说明了整体结构件已去除材料残余应力的释放和切削加工表面残余应力对工件变形的影响。提出了深冷处理消除毛坯残余应力、高速切削和切削加工工艺优化等抑制整体结构件加工变形的策略。针对整体结构件弯曲变形，提出了校正需要满足的基本曲率关系．     

飞机模锻件质量检测技术研究

在飞机钛合金模锻件生产过程中,零件的质量检测技术至关重要,准确分析飞机模锻件的现有状态,对指导模锻件毛坯后续粗加工和精加工有着重要作用。大量的模锻件毛坯在实际生产过程中,在铣削加工之前变形严重,毛坯局部加工余量分布不均,导致材料浪费和生产成本的增加。准确分析模锻件毛坯加工余量,设置合理模锻件毛坯加工参数,直接影响飞机制造精度。通过三维白光测量系统,对大型飞机模锻件毛坯进行数据采集和分析对比,研究模锻件毛坯加工余量分析方法,优化模锻件加工工艺方案,缩短加工时间和降低生产成本。在某大型飞机模锻件零件加工中成功应用,解决了模锻件毛坯因释放残余应力变形影响加工的问题。     

大型整体壁板加工变形控制技术研究

针对典型大型整体壁板数控加工后变形量高达40mm且无法喷丸校形的问题,采用有限元仿真研究毛坯初始残余应力与零件变形量的相关性,通过改变加工顺序,优化加工过程材料去除策略,有效控制整体壁板的加工变形。结合实际工艺方案,通过合理选择切削参数,即采用小直径刀具径向逐层走刀,切削轨迹由沿宽度方向调整为沿长度方向,减少零件加工变形量。通过实例加工验证了该方法能有效解决大型整体壁板加工变形的问题。     

钛合金TC11毛坯热处理过程数值模拟

毛坯残余应力对零件加工变形有重要影响.为了显示钛合金TC11毛坯热处理过程后的残余应力状态,利用三维有限元模型对钛合金TC11的热处理过程进行了数值模拟,并研究了热处理数值模拟过程中材料本构关系、热传导等关键技术.通过数值模拟获得了热处理过程中温度的变化、残余应力的分布及最后冷却后的残余应力状态.     

弧形壁板反变形控制仿真技术研究

为了控制航天产品重量,需要对零件进行薄壁化设计,但弧形壁板在加工过程中容易产生变形。本文通过仿真手段对产品的辊轧工艺、切削加工进行分析,确定产品在制造过程中出现问题的原因。进而采用反变形的方法来控制壁板变形,通过仿真分析手段对反变形方案进行评估,研究了不同辊轧方案参数下产生的毛坯残余应力和毛坯几何外形,并分析不同的毛坯和残余应力造成的切削加工变形趋势,最终为反变形方案的优选提供数据支撑和评判依据。     

数控车削刀具圆弧半径对切削过程影响的数值分析

数控车削加工中刀具的圆弧半径对切削力,切屑的断屑,切屑的形状,加工表面质量、加工变形以及已切削表面的残余应力的大小,状态,分布有着很大的影响.本文采用有限元分析方法,利用有限元增量理论,建立了二维金属切削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,模拟了典型零件车削二维切削过程中切屑的形成,得到了加工后已加工表面的残余应力的大小,状态以及分布状况,对于工程中的实际应用具有重要的意义.     

不同残余应力调控方法对铝合金箱盖加工变形影响的研究

针对铝合金箱体加工后残余应力释放导致的零件变形与尺寸超差等问题,开展不同残余应力调控对加工变形影响的研究。本文分别利用频谱谐波法和高能超声法对零件的关键部位进行多次应力调控,削减加工过程中产生的残余应力,并分别利用盲孔法和超声波法对残余应力进行测量,得到调控后零件的残余应力减少量,最后以加工后零件变形量的多少来对比评价上述两种调控方法对零件变形的影响程度和对应力控制的优劣。     

航空薄壁铝合金构件加工变形浅析

本文首先阐述了航空薄壁构件加工变形主要成因和控制措施,根据航空薄壁构件异构特点和诸多实际生产经验进一步总结薄壁构件切削加工难点,概述此类零件加工变形控制方法;其次从铝合金材料出厂的初始应力状态展开研究,对制备预拉伸铝合金板材过程中所形成残余应力的变化过程进行研究。基于弹塑性理论,搭建初始残余应力释放过程中的有限元模型。通过剥层测量实验,分析获取其基材内部残余应力的分布情况用以验证所建立有限元模型的正确性。     

微切削已加工表面残余应力预测

准确预测残余应力对提高微小工件的可靠性非常重要.建立微切削残余应力的理论分析预测模型,应用有限元仿真方法,探求了不同切削速度和进给量下微切削45钢已加工表面残余应力分布规律,分析了切削速度和进给量对已加工表面残余应力的影响,为优化微切削过程和防止微小零件疲劳破坏提供可靠的依据.     

高速铣削加工铝合金表面残余应力研究

基于Doelle—Hauk方法测量了铣削加工铝合金工件表面的残余应力状态,结果表明,应力主平面与试样表面基本平行,说明铣削加工铝合金表面的残余应力近似处于二维平面应力状态。在分析了织构对残余应力测试影响的基础上,采用X射线衍射法中的回摆法测量了铣削加工工件表面不同切削几何位置、不同转速下残余应力的分布规律。为了对残余应力的分布作出解释,采用Kisterler测试仪测试了不同主轴转速下切削力的变化规律;建立了双刃斜角切削有限元模型,得到了单个切屑形成时已加工工件表面的切削温度场。最后,从热力耦合的角度对残余应力的形成机理进行了研究。     

钛合金TC4退火数值模拟

毛坯残余应力对薄壁件整体加工变形有重要影响。利用大型通用有限元软件ANSYS10.0对钛合金TC4进行退火过程数值模拟研究,通过数值模拟获得了退火过程中温度的变化、残余应力的分布及最终冷却后的残余应力状态。为研究TC4的加工变形规律,提供了具有初始残余应力场的数字化毛坯。     

零件结构形式对铣削加工变形的影响研究

在弹塑性理论的基础上,建立了三维铣削仿真加工变形场的有限元分析模型,利用"单元生死"技术仿真了加工过程中材料的去除.研究了零件结构不同,加工过程中毛坯初始残余应力的释放对加工变形的影响,通过仿真数据与试验数据相比较,结果表明,只要建立正确的三维有限元分析模型,完全可以实现对零件加工变形规律的预测;工件毛坯残余应力在铣削加工过程中对称释放有利用减小零件加工后变形.     

GH4738高温合金薄壁弧形零件切削参数优化

复杂特征的薄壁弧形类零件被广泛应用于航空航天工业中,如封严环、涡轮外环等,主要以数铣削加工方法为主,但加工效率低。为获得GH4738高温合金薄壁件的最佳精度和效率的切削参数,以典型薄壁件为试验对象,采用均匀设计实验法,分析切削参数(进给速度v_s、切削速度v_w和切削深度a_p)对残余应力变形量的影响。采用二级逐步回归数学方法建立切削参数与残余应力变形量的预测模型,构建了以加工时间和变形量最小的多目标优化模型。以典型薄壁弧形零件为例,利用粒子群算法优化了切削参数,试验结果表明,使用优化的切削模型加工可以提高加工效率和精度。     

2A70铝合金板状零件变形分析及校正工艺

为解决2A70铝合金板状零件在加工过程中出现较大变形及校正困难的问题,通过分析零件在热处理过程中残余应力的形成,得到零件在固溶处理及人工时效后其内部处于拉应力、表层处于压应力的状态,零件的变形是由于其局部切削加工使残余应力重新分布引起的。产生变形的零件由于强度高、塑性低,在校正过程中容易因应力集中而产生裂纹。在零件校正前进行固溶处理,可提高材料的塑性,降低变形抗力,解决变形零件校正困难的问题。     

预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟

采用预应力切削方法对TC4钛合金进行加工,建立了预应力切削TC4钛合金的有限元模型,模拟了不同预应力下锯齿状切屑的形成过程及加工表面的残余应力分布情况,然后将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:预应力切削可以调整已加工表面的残余应力分布状态和应力值,在弹性变形范围内,预应力越大,加工后表面的残余压应力越大,残余压应力的分布也越深;预应力对锯齿状切屑的形成无明显影响;模拟结果和试验结果具有较好的一致性。     

汽轮机转子材料20Cr2NiMo铣削加工表面残余应力研究

零件加工表面残余应力对零件的疲劳强度和抗腐蚀性能具有重要影响。本文基于均匀试验方法,以切削速度、每齿进给量和轴向切深为因素,对汽轮机转子材料20Cr2NiMo合金钢进行铣削试验。通过测量不同切削参数下已加工表面的残余应力,采用多元回归方法建立了表面残余应力与切削参数之间的关系模型并得到验证。研究结果表明随着切削速度、每齿进给量和轴向切深的增大,残余拉应力均呈增大趋势;切削参数对表面残余应力的影响程度为v>f z>a p,且三因素之间存在交互作用。最后根据影响规律,为使加工表面呈现压应力状态,给出了切削参数的建议范围。     

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。