切削中残余应力释放对工件加工变形影响研究

为了研究加工过程中毛坯初始残余应力的释放对加工变形的影响,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,利用位移约束转换和"单元生死"技术仿真了加工过程中工件装夹和材料的去除。通过仿真数据与实验数据相比较,结果表明:工件毛坯残余应力在铣削加工过程中对称释放有利于减小工件加工后变形。     

基于材料内部残余应力释放的加工变形仿真实验研究

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在加工过程中因毛坯初始残余应力的释放而引起的工件加工变形规律设计了典型零件的数控加工变形试验,使用三坐标测量仪测量了每次材料去除后产生的变形通过仿真数据与试验数据比较分析,数据结果表明,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,从而制定出减小工件加工变形的合理加工工艺.     

残余应力作用下的航空整体结构件加工变形仿真

铝合金预拉伸板在成型过程中会产生较大的残余应力,在切削过程中毛坯的初始残余应力的释放对整体结构件的宏观变形有重要的影响。在弹塑性力学的基础上,综合运用Hypermesh和ABAQUS建立残余应力单因素作用下的三维铣削仿真加工变形场的有限元模型,利用生死单元技术模拟了材料的去除,分析了铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律。并且运用Hypermesh提高了有限元前处理的速度,解决了复杂模型的残余应力加载困难与单元去除困难的问题。     

航空结构件残余应力释放引起加工变形的数值模拟

航空铝合金结构件毛坯在成形过程中产生很大的残余应力,使其在后续机械加工过程中极易发生翘曲变形,采用有限元数值模拟技术,建立了航空铝合金板材残余应力释放引起加工变形的力学模型,分析了在7075T7351铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律,并针对7075T7351隔框零件进行铣削加工变形实验研究,并与有限元模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果具有较高的精确度。     

残余应力重分布引起的结构件铣削变形研究

航空铝合金结构件毛坯在成形过程中产生很大的残余应力,使得其在后续机械加工过程中极易发生翘曲变形,这已经成为国防武器快速开发和高效加工的瓶颈.采用有限元数值模拟技术,建立了航空铝合金板材残余应力释放引起加工变形的力学模型,分析了在7050T7451铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律,并针对7050T7451隔框零件进行铣削加工变形实验研究,并与有限元模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果具有较高的精确度.     

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%。     

焊接残余应力引起铣削加工变形的研究

焊接过程会产生残余应力,铣削加工后焊接残余应力释放和重新分布对铣削变形产生很大影响.为了研究残余应力释放和重新分布规律,采用有限元方法以最小焊接残余应力作为初始应力对铣削加工进行了数值模拟,获得了焊接试验件铣削加工残余应力和变形,并对焊接残余应力释放和重新分布以及加工变形进行了分析.     

零件结构对加工变形影响的仿真与实验研究

在航空整体结构件加工中,零件结构形式影响着零件的加工变形。为提高航空整体结构件加工质量,需要优化结构,减少零件加工变形值。建立三维整体结构框类零件的有限元分析模型,利用"单元生死"技术仿真材料的去除过程。研究了零件结构形式对整体结构框类零件加工变形的影响规律,并且设计了零件结构对比切削实验,使用三维坐标测量仪测量了零件每次铣削后的加工变形,通过仿真数据与实验数据比较分析得出结论,合理的零件结构设计有助于减小零件加工变形,对于提高大型整体结构件的产品精度具有重要意义。     

基于组合式夹具的异形薄板加工工艺

异形薄板类零件广泛应用于机械行业中,但在加工过程中容易出现装夹变形、热变形和大的切削残余应力等现象,造成尺寸和形位精度超差.从工艺和机械加工角度出发,剖析了导致其变形的主要原因,设计了组合式夹具,有效解决了异形薄板在机械加工中的变形,为同类薄壁工件的铣削加工提供了新的思路.     

面向7B04铝合金壁板的残余应力分析与变形控制

分析毛坯初始残余应力释放与再平衡的关系与模型,通过裂纹柔度法测量和推导7B04铝合金毛坯板材残余应力分布状态,基于其应力曲线分布特征,应用ABAQUS有限元仿真法预测壁板零件的加工变形趋势,结合试件实际工况下加工变形情况,验证毛坯残余应力对零件加工变形的影响,提出优化零件在毛坯中的位置或适当增加毛坯厚度的方式控制零件加工变形;同时,应用X射线衍射法测量零件加工过程中表面残余应力状态,从而优化切削参数和刀具路径以减小切削加工引入的残余应力。     

基于多应力耦合的航空框类零件加工变形仿真分析及其控制技术

针对航空铝合金7050-T7451材料框类零件数控加工变形问题,采用三维有限元方法分析了耦合应力对加工变形的影响机理。首先,利用单元生死技术、动态载荷步分别模拟铣削加工过程中材料去除和走刀过程,分析了初始残余应力、装夹应力和铣削机械应力耦合状态下走刀路径对加工变形大小及其分布状况的影响规律。其次,以不同的装夹方案为边界条件,分析了耦合应力对加工变形的影响规律,可为航空结构件加工的尺寸稳定性提供理论指导和工艺策略。     

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.     

六辊CVC轧机辊系变形的有限元分析

建立了运用有限元软件ANSYS求解具有特殊辊廓曲线和辊间接触状态的六辊CVC轧机辊系三维弹性变形的有限元模型，合理解决了对辊间接触压扁变形的建模问题，实现了对较复杂变形的求解。以国内某1420冷轧机组为研究对象，结合现场实际数据，运用有限元软件ANSYS求解六辊CVC轧机的辊系三维弹性变形，计算结果与实测数据吻合较好。     

Influence of Cavitation on Unsteady Vortical Flows in a Side Channel Pump

Double-sided lapping is an precision machining method capable of obtaining high-precision surface. However, during the lapping process of thin pure copper substrate, the workpiece will be warped due to the influence of residual stress, including the machining stress and initial residual stress, which will deteriorate the flatness of the workpiece and ultimately affect the performance of components. In this study, finite element method (FEM) was adopted to study the effect of residual stress-related on the deformation of pure copper substrate during double-sided lapping. Considering the initial residual stress of the workpiece, the stress caused by the lapping and their distribution characteristics, a prediction model was proposed for simulating workpiece machining deformation in lapping process by measuring the material removal rate of the upper and lower surfaces of the workpiece under the corresponding parameters. The results showed that the primary cause of the warping deformation of the workpiece in the double-sided lapping is the redistribution of initial residual stress caused by uneven material removal on the both surfaces. The finite element simulation results were in good agreement with the experimental results.     

残余应力引起的铣削变形有限元分析

应用弹性力学理论推导出了二维连续铣削过程中工件内应力再分布及其引起变形的计算递推公式.解决了有限元建模、初始应力加载、变形评估等仿真关键技术,建立了残余应力引起铣削变形的二维有限元仿真模型.最后对实例进行了仿真计算,分析了残余应力引起的加工变形规律,并用解析法对仿真结果的进行了验证.     

有限元仿真在金属切削加工中的应用

有限元仿真是研究金属切削过程和切屑形成过程的有效方法.以铝合金7050为例,详细描述两种金属切削加工的有限元模型:正交切削模型和斜角切削模型,以及有限元模型建立过程中的一些关键技术如:刀屑界面间的摩擦,工件的材料本构模型和切屑分离标准.利用这两种有限元模型可以分别得到加工表面的残余应力分布趋势和切屑的几何形状,也可以预测低刚度结构件的让刀误差.分析表明:有限元仿真可以进行切削参数优化和刀具几何形状的优化,以改善加工表面的质量.     

Investigation of the coupled distribution of initial and machining-induced residual stress on the surface of thin-walled parts

Residual stress on the machined surface and the subsurface is known to influence the distortion of thin-walled parts. Therefore, it is essential to predict the distribution of surface residual stress accurately. In this paper, the coupled distribution law of initial residual stress and machining-induced residual stress is investigated. Firstly, a model with initial residual stress is established and incorporated into thermal mechanical coupled finite element model of 2-D cutting. Then, a tensile fixture is designed to impose initial stress into a thin-walled part of Al-6061, and cutting experiments are carried out. The residual stress distribution is measured by X-ray diffraction/electropolishing method. The results of experiments and simulation show that in the plastic deformation zone, the initial residual stress has no significant influence on the distribution of the machining-induced residual stress. In the elastic deformation zone, the stress that linear grows along depth from zero to initial residual stress is superimposed on machining-induced residual stress. The mathematical model of stress coupling distribution on the surface of thin-walled parts is established by numerical method. Finally, it is found that the effect of coupled stress distribution on distortion is more significant with the decrease of thickness (from 3 to 0.5 mm) of the thin-walled parts.     

柴油机气缸孔变形研究和工艺改进

本文介绍了柴油机气缸孔变形研究过程和工艺改进结果。研究结果表明:机械加工残余应力是气缸孔变形的主要原因;降低机械加工残余应力可以有效地控制气缸孔变形;改进珩磨工艺可以有效地控制气缸孔变形。