不同加工顺序对薄壁件加工变形的仿真研究

为了研究不同加工顺序对7075铝合金薄壁件加工变形的影响,采用有限元仿真和试验验证结合的方法,利用ABAQUS有限元分析软件顺序耦合热应力分析功能对毛坯的淬火过程进行仿真,得到毛坯初始残余应力分布;并对毛坯的初始残余应力进行测量试验,验证有限元分析结果,用有限元法对左右对称、分层对称、阶梯对称和金字塔对称四种不同加工顺序切削过程进行仿真研究。结果表明,有限元仿真结果和测量结果数据相近,建立的有限元模型和仿真方法能够预测毛坯的初始残余应力分布;四种不同加工顺序变形量结果都是上端变形大,底部变形小,金字塔对称的加工方法变形量最小,在整个加工过程中,变形量的最大值为0.21mm。根据仿真结果,结合数控加工误差补偿,可提高薄壁件的加工质量和精度,对后续的加工具有一定的参考价值。     

2024铝合金结构件残余应力的评估与变形预测

为了研究毛坯初始残余应力和铣削加工引入的表面残余应力对2024铝合金结构件加工变形的影响,通过有限元模拟和铣削试验对两框整体梁的加工变形进行了研究。考虑了毛坯的初始残余应力、铣削加工引入的表面残余应力以及这两个影响因素的综合作用对两框整体梁加工变形的影响。研究结果表明,毛坯的初始残余应力是两框整体梁产生加工变形的主要影响因素,初始残余应力与铣削加工引入的表面残余应力的综合作用加剧了变形,其中,由初始残余应力引起的变形占整体梁总变形的92%,表面残余应力引起的变形占整体梁总变形量的8%左右。并最终通过对两框整体梁的铣削加工试验验证了有限元模拟结果的准确性,对实际生产具有一定的参考价值。     

基于7075铝厚板铣削加工的初始残余应力释放与再分布模型

在7075铝合金厚板的制造过程中,材料塑性变形和力学性能的非均匀性,势必导致毛坯内产生残余应力。而在后续的高速切削加工过程中,残余应力随着材料去除的释放与再分布,是引起飞机结构件加工变形的关键因素。因此,研究残余应力释放与再分布的解析方法能够更为清晰地了解加工变形的演变机理,是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本文建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明：无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

钛合金侧铣加工残余应力与变形研究北大核心

为研究加工残余应力对钛合金薄壁结构变形的影响,利用有限元软件建立2D切削模型,分析每齿进给量与刀具刃口半径对加工表面残余应力的影响。利用切削仿真得到的残余应力对薄壁件进行变形仿真分析;分别以每齿进给量0.06、0.08 mm进行闭腔侧铣试验。结果表明:与实测值相比,仿真表面残余应力误差约为20%、最大变形量误差约为12%。所提方法具有一定的可靠性与可行性。     

面向7075铝厚板加工变形的初始残余应力释放与再分布模型

通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本研究建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明:无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

2024铝合金铣削加工表面残余应力仿真研究

为了研究不同的铣削参数对2024铝合金铣削过程中铣削加工表面残余应力的影响,采用有限元仿真与试验验证结合的方法,利用有限元建立2D铣削仿真模型,研究铣削过程中切削表面残余应力随切削参数的变化,并在相同的切削参数下进行铣削试验测量切削表面残余应力,采用正交试验和单因素试验对铣削参数进行优化。结果表明,有限元仿真的结果与试验的结果数据相近,验证了有限元模型的准确性,通过正交试验选出最优的铣削工艺参数为切削速度500m/min、每齿进给量0.05mm/z、铣削宽度10mm、铣削深度0.5mm;在切削2024铝合金时,在不影响生产的条件下,采用较低的切削速度,较低的进给量、铣削深度和铣削宽度,得到的表面残余应力值较小。     

7075铝合金厚板预拉伸模拟分析及其在淬火残余应力消除中的应用

运用有限元软件ABAQUS, 对7075铝合金板材淬火过程进行了模拟.比例件的加工变形表明淬火模拟所得的残余应力是可信的.在获得淬火残余应力的基础上, 模拟了不同预拉伸量对毛坯的淬火残余应力的消除.结果表明: 拉伸量为3%时, 毛坯产生2.1%～2.6%的永久变形, 残余应力消除量约为86%, 完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

大型复杂结构件加工变形有限元快速仿真方法

针对大型复杂薄壁结构件加工变形有限元仿真效率低,不易实现全尺寸、完整结构状态下加工变形准确预测的突出问题,基于ABAQUS软件的有限元仿真及其二次开发技术,提出一种采用连续多个静态隐式分析步模拟三维动态显式有限元仿真的方法,研究了自动加载与卸载切削力载荷和分析及识别最大加工变形等关键技术,实现了大型复杂薄壁结构件完整结构全尺寸条件下、按照复杂走刀路径进行切削仿真的加工变形有限元快速仿真预测,通过切削测量实验,验证了仿真结果的准确性,为该类零件加工变形预测技术研究提供了新的技术手段。     

非规则结构件铣削加工低变形走刀方式有限元分析

针对非规则结构件由残余应力引起的加工变形不易进行有限元准确仿真预测的难题。论文基于弹性力学理论和线性叠加原理,阐述了非规则结构件残余应力释放/重新分布过程有限元模拟的机理,修正了相关理论公式,提出了一种可以模拟实际切削工艺过程的加工变形有限元预测方法,能够依照复杂走刀轨迹进行有限元仿真分析,提高了该类结构件加工变形有限元仿真的适用性。基于"先切断"理论,提出了一种"沿轮廓深度优先"走刀方式,结果表明,该走刀方式有效降低了加工变形。     

面向7075铝合金预拉伸厚板加工变形控制的变向迭代法

具有壁薄、尺寸大、加工精度高、材料去除量大等特点的航空整体结构件,其毛坯大多选用预拉伸铝合金厚板。在高速切削成形过程中,随着材料的大量去除,毛坯内初始残余应力势必发生释放,零件只有通过弯曲变形等行为才能达到新的平衡状态,导致加工精度得不到保证,甚至成为废品。因此,研究残余应力释放产生加工变形的演化机制,是控制和保证加工质量的核心所在,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,依据毛坯分解为去除材料和成形零件两部分,将初始残余应力分为释放应力和有效应力,利用静力平衡条件和弯曲变形理论建立加工变形的分析模型。然后采用有限元方法求解加工变形的分析模型,通过现场加工零件后经测试可知：加工变形的仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,尽管均具有具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者亦存在10%左右的幅值误差。最后建立以最小加工变形为目标的零件加工位置优化模型。通过以一定步长正向从最小值开始选取加工位置,根据当前值与上一次取值的变形方向差异,确定下一次取值的步长及其方向,若变形方向相同则以相同步长继续正向取值,否则减小步长反向取值,直至步长的绝对值在阈值范围之内,提出求解加工位置优化模型的变向迭代方法。与企业实际使用的中间位置法相比,变向迭代方法能够使得加工变形减小99.79%。     

薄壁零件切削变形的研究现状综述

薄壁零件切削过程中的变形是高速加工领域的一个重要研究内容.介绍薄壁零件结构特点;分析薄壁零件切削变形的影响因素,表明工件的材料力学特性与结构特点、加工过程中毛坯初始残余应力的释放与重分布、切削过程中刀具与工件间的热-力耦合作用以及工件的装夹等是主要影响因素.并介绍目前国内外研究的发展状况.     

初始残余应力对铝合金T形构件加工变形的影响

铝合金T形构件广泛应用于航空领域,坯件内初始残余应力导致的T形构件加工变形状态决定其使用性能和服役寿命。通过有限元法建立T形构件的三维切削加工有限元模型,研究坯件内部初始残余应力对T形构件加工变形的影响,并通过铣削加工实验对仿真结果进行验证。结果表明:坯件内初始残余应力引起T形构件的变形主要表现为T形构件底部的曲翘变形,且沿着底部四个角的延伸方向,变形逐渐增大,且这一变化规律不受T形件侧壁厚的影响;壁厚较薄的T形构件底部的变形主要由坯件底部保留区内的初始残余应力决定,坯件其它区域的初始残余应力对变形的贡献极小;坯件底部保留区内不同分布状态的初始残余应力会使壁厚较薄的T形构件产生不同的变形状态。     

复杂薄壁零件数控加工变形误差控制补偿技术研究

高性能航空发动机整体叶盘、大小叶片转子、离心叶轮、叶片等零件广泛采用钛合金薄壁结构。加工过程中的切削力、残余应力将产生零件加工变形及加工误差。本文重点讨论了薄壁零件加工过程中的切削力建模和工件加工表层残余应力的分布规律,提出了对叶盘零件加工变形误差的补偿方案。通过建立精确的切削力、残余应力预报模型,对切削加工过程进行力学仿真,优化切削参数、补偿刀位轨迹,进而实现薄壁结构叶盘零件的精密数控加工。     

铣削加工对铝合金薄壁件残余应力的影响

研究了铣削加工对铝合金薄壁件残余应力的影响。在有限元软件MSC.MARC中建立了三维有限元模型,通过二次开发,编制了相应的子程序,分别用来向有限元模型中添加初始残余应力场,对节点施加铣削力,控制铣削路径和对模型的网格进行自适应细化,使用该模型进行薄壁零件的铣削仿真。结果表明:随着铣削的进行,试件余料内部应力不断释放,应力场出现重分布。通过比较不同铣削深度时的应力分布情况,得到了铣削加工对薄壁零件残余应力的影响规律。     

基于Deform-3D的车削残余应力分析

切削加工残余应力是零件疲劳强度的重要影响因素,因此对残余应力的研究具有很大的实际指导作用。文章根据热—弹塑性有限元理论,在DEFORM-3D中建立铝合金7075的三维有限元模型,对车削加工表面残余应力进行分析,得到不同切削用量和前角对表面残余应力的影响规律。结果表明:在切削用量和前角一定变化范围内,工件表面在切削方向主要产生残余压应力;在进给方向主要产生残余拉应力,随着距表面层深度的增加,残余拉应力逐渐变为残余压应力。     

铝合金5A06高速铣削加工表面残余应力研究

铣削速度和铣削深度显著影响铣削共形件的残余应力,为了获得航空共形薄壁结构件用5A06铝合金材料高速铣削过程中铣削参数对残余应力的影响,因此进行了基于Advantage的铝合金5A06高速铣削三维仿真研究。基于J-C本构方程模拟工件的应力应变关系,研究了铣削速度和铣削深度对表面残余应力的影响规律,为进一步有效控制共形件结构变形提供了新的研究方法,研究共形件表面残余应力的规律对于铣削加工参数的选取具有一定的参考价值。     

高强铝合金框形构件铣削变形试验研究

针对7075高强铝合金淬火-预拉伸后制成的厚板试样,借助三坐标测量与无损应力测试方法研究铣削加工成形的薄壁框形构件的尺寸稳定性与残余应力松弛特性。结果表明,铣削会引发结构整体翘曲变形及初始残余应力松弛,在铣削材料去除率相同的条件下,无板筋件呈现V型结构翘曲变形,且横向残余应力松弛率远高于轧向的;而含板筋件则呈现出U型整体结构翘曲变形,且沿轧向与横向的残余应力松弛率基本一致。     

基于整体刀具的铣削加工温度有限元分析

在对金属切削的热力学以及热传导过程进行理论分析的基础上,基于整体刀具建立了铝合金薄壁件铣削加工的三维有限元模型。改变切削深度、切削速度以及进给率等工艺参数,分析了铣削工艺参数对温度的影响。仿真结果表明：切削深度对铣削温度影响最大,切削速度和进给率对铣削温度的影响相对较小。将仿真结果与试验测量结果进行对比分析,仿真结果温度值略高于试验结果,但总体变化趋势和规律基本一致。     

薄壁LY12铝合金焊接残余应力超声波法无损测量及验证

传统残余应力破坏测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现结构的无损应力测量.基于声弹性原理,超声波法可以无损测量出结构内部的残余应力.使用临界折射纵波进行薄壁结构件测量时,易激发Lamb波和Stonely波等特殊波形,将影响测量的准确度.开发了适用于薄壁结构件测量的新型超声波法焊接残余应力测量系统,对厚度为2mm的两种LY12薄壁焊接结构进行了测量,测量过程实时无损快速.用切割释放法和有限元模拟进行了验证.结果表明,该测量系统准确可靠,为航天器薄壁焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

铝合金薄壁筒形零件尺寸稳定化加工工艺

通过对铝合金挤压毛坯施加微量压缩塑性变形,降低或消除挤压毛坯在成形过程中产生的残余应力,从而提高铝合金薄壁筒形零件的尺寸稳定性。结果表明,对铝合金薄壁筒形件的挤压毛坯施加的变形量达到1%以上时,即可明显提高零件的尺寸精度,当变形量达到2%时,零件的圆度误差变化量趋于稳定。采用微量压缩塑性变形工艺是实际生产中提高薄壁铝合金筒体件尺寸稳定性的一种既方便又有效的工艺。