基于残余应力重分布的导轨梁加工变形仿真与变形控制工艺方案研究

为解决大型薄壁铸件导轨梁在材料去除过程中因残余应力的释放与重分布导致变形超差的工艺难题,对导轨梁零件加工工艺进行分析,实现零件模型的简化与子结构分割;同时开展零件毛坯表面残余应力测量,成功建立零件毛坯初始应力模型。在此基础上结合实际加工工艺开展零件加工有限元仿真,模拟加工过程中由于材料去除引起的残余应力释放,预测了加工过程中残余应力重分布规律和加工变形情况。总结了零件加工变形的有限元仿真结果,提出抑制零件加工变形的工艺方案。经验证,改进后的工艺顺序使零件最大变形量由0.485 mm降至0.081 mm,降低83.3%,避免了零件在加工过程中的尺寸超差。同时该平面作为后续加工的基准,保证了后续加工的精度,为生产工艺优化提供了有效的理论依据。     

薄壁构件单面铣削残余应力变形有限元模拟与试验研究

提出了基于残余应力分层加载的残余应力变形仿真流程,建立了薄壁构件加工残余应力引起变形的有限元模型,对预测的变形值进行分析并得到了变形规律。通过GH4169薄壁构件单面铣削试验,对残余应力变形进行了测试,与有限元模拟结果相比,数值模拟结果具有较高的准确性。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

大型薄壁零件防变形加工工艺

我集团公司与欧洲直升机公司合作生产飞机的零部件,这其中大部分是薄壁零部件.加工薄壁零件的主要问题是加工中出现材料变形的现象,如果被加工的薄壁材料产生了塑性变形,将无法对材料进行进一步的加工.为了生产出合格的飞机铝合金薄壁零部件,特别是大型薄壁零部件,我公司进行了加工工艺防变形的深入研究,研究出了切实可行的防变形加工工艺,并已成功加工出了优质的大型飞机薄壁零部件.本文将对大型飞机薄壁件的防变形工艺予以详细论述.     

薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究

薄壁件加工变形是影响加工精度与质量的关键因素,而切削力建模则是预测表面加工误差的基础。针对两种典型的切削力模型,系统地研究了薄壁件周铣加工过程中切削力变化及表面变形误差分布的有限元计算方法,提出了基于三维非规则网格的刀具/工件变形的耦合迭代格式以及恒定网格下材料去除效应的变刚度处理方法等关键技术,仿真过程充分考虑了切屑厚度变化及不同切削参数对预测结果的影响。以典型钛合金航空材料构件为例,数值计算结果与实验参考数据比较表明,两种切削力模型对同一切削过程的预测均具有很好的一致性。     

航空薄壁回转体零件热处理残余应力的建模与仿真

航空薄壁回转体零件由于自身结构的特殊性,使得残余应力对其变形和精度稳定性有着很大的影响.采用热弹塑性有限元模型对薄壁回转体铝合金零件的热处理过程进行建模和仿真,运用有限元软件,对2A12铝合金薄壁回转体零件热处理过程瞬态温度场和应力场进行模拟,分析了热处理各个阶段的应力分布形态,并进行实验验证,数值模拟得到的残余应力值与实验结果基本一致.     

飞机薄壁钣金零件铆接过程变形建模与仿真(英文)

铆接是飞机薄壁钣金零件装配连接的最重要方式之一,有效分析和预测铆接过程变形对提高飞机铆接结构的性能、疲劳和损伤至关重要。本文研究了薄壁钣金零件铆接变形的数学模型并进行了仿真分析,首先基于力学理论建立了铆接结构的弹性变形、塑性变形和回弹的力学模型;其次针对两个铝合金薄壁钣金零件的铆接过程,采用ABAQUS系统对实例进行了仿真分析,并对力学模型计算结果与仿真分析结果进行了比较,实例分析与比较证明了本文提出的模型的正确性和有效性。     

薄壁件铣削路径的研究现状

薄壁零件普遍具有结构复杂、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点,目前此类零件都采用数控铣削的方法来加工[1].但在加工过程中由于零件刚度差等多种原因,容易产生变形,因而难以控制加工精度和达到较高的加工效率.薄壁件的加工效率及变形误差,很大程度上取决于走刀策略.随着走刀路径的不同,工件内原有的残余应力释放顺序也不同,同时由于加工中切削力与切削热的作用,产生新的应力,新应力与原有残余应力的耦合作用也不相同,从而造成工件变形程度不一.因此对薄壁件铣削路径的研究是十分必要的.     

基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法

作为一种典型的复杂曲面薄壁件，叶片在铣削加工过程中极易发生“让刀”，即弹性变形，严重影响着叶片的加工精度。针对该问题，设计了四自由度回转辅助支撑机构增加叶片的加工刚度，并提出了一种基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法。首先，建立了综合考虑材料去除以及铣削力与弹性变形耦合效应的叶片铣削加工有限元仿真模型。其次，以辅助支撑布局作为设计变量，最大加工弹性变形和整体弹性变形均方差作为布局优劣评价指标，采用拉丁超立方试验设计和有限元仿真模型计算评价指标并生成样本集，再以支持向量机回归（SVR）对样本集进行训练获得评价指标的代理预测模型。然后，采用精英策略遗传算法（GA）优化薄壁叶片的辅助支撑布局。最后，进行了薄壁叶片铣削加工及三坐标测量实验，结果表明优化后的辅助支撑布局方案对叶片加工弹性变形的抑制程度可达57.6%。     

基于浮动装夹自适应加工工艺的薄壁件加工变形控制技术研究

航空薄壁件尺寸大、壁薄、材料去除率高,极易发生加工变形问题,严重影响零件加工质量,因此航空薄壁件的加工变形控制具有重要的意义。以某传扭转接盘作为研究对象,基于加工过程中的监测变形力重构毛坯全局残余应力分布,优化了零件的加工位姿,并结合浮动装夹自适应加工工艺实现了零件的加工变形有效控制。实际加工试验将零件的平面度和平行度分别控制在0.11mm和0.04mm,结果表明,该方法能显著控制工件加工变形。     

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。     

Energy principle and material removal sequence optimization method in machining of aircraft monolithic parts

In the machining process of aircraft monolithic parts, the initial residual stress redistribution and structural stiffness evolution often lead to unexpected distortions. On the other hand, the stress redistribution and stiffness reduction during the machining process depend on the material removal sequence. The essence of the stress redistribution is releasing the initial elastic strain energy. In the present study, the influence of the material removal sequence on the energy release is studied. Moreover, a novel optimization method is proposed for the material removal sequence. In order to evaluate the performance of the proposed method, the mechanism of the machining distortion is firstly analyzed based on the energy principle. Then a calculative model for the machining distortion of long beam parts is established accordingly. Moreover, an energy parameter related to the bending distortion and the procedure of the material removal sequence optimization is defined. Finally, the bending distortion analysis and material removal sequence optimization are performed on a long beam with a Z-shaped cross-section. Furthermore, simulation and experiments are carried out. The obtained results indicate that the optimized sequence results in a low distortion fluctuation and decreases the bending distortion.     

An allowance allocation method based on dynamic approximation via online inspection data for deformation control of structural parts

Deformation resulting from residual stress has been a significant issue in machining. As allowance allocation can directly impact the residual stress on part deformation, it is essential for deformation control. However, it is difficult to adjust allowance allocation by traditional simulation methods based on residual stress, as the residual stress cannot be accurately measured or predicted, and many unexpected factors during machining process cannot be simulated accurately. Different from traditional methods, this paper proposes an allowance allocation method based on dynamic approximation via online inspection data for deformation control of structural parts. An Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) model for dynamic allowance allocation is established so as to approach the minimum deformation, which is based on the in-process deformation inspection data during the alternative machining process of upside and downside. The effectiveness of the method is verified both by simulation cases and real machining experiments of aircraft structural parts, and the results show that part deformation can be significantly reduced.     

双臂自适应夹具加工变形控制方法

在叶片加工过程中,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种双臂自适应夹具加工变形控制方法,将加工过程中产生的变形逐层消除。首先,对叶片的变形成因进行分析;然后,通过对无应力装夹和加工应力释放原理进行研究,设计了一种可提供6个自由度的自适应装夹机构,并对该机构进行了工程设计和机构分析;最后,基于这种6自由度双臂自适应装夹机构,形成了本文提出的加工变形控制工艺,不需多次修复基准和更换机床,就可以逐层消除新产生的变形。实验结果表明,采用双臂夹具自适应加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,使叶片的轮廓误差降为原来的50%,提高了其加工精度。     

随形固定自适应夹具加工变形控制方法

叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种随形固定自适应夹具加工变形控制方法,可以将叶片无应力装夹,并将加工过程中产生的变形逐层消除。实验结果表明,采用随性固定自适应夹具加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,提高加工精度。     

GH4096合金固溶冷却方式对性能和残余应力的影响

为了在保证GH4096合金主要力学性能的前提下,降低薄壁类零件用锻件的内部残余应力,提高零件加工过程的尺寸控制精度,研究空冷,风冷,油冷,盐浴等固溶冷却方式对GH4096合金环锻件析出相的尺寸和形貌、主要力学性能和内部残余应力的影响。结果表明:与采用传统油冷的试件相比,空冷试件的二次、三次γ′相较为粗大,蠕变性能和高温拉伸性能有较大幅度的降低,风冷试件的二次γ′相尺寸略有增大,三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能有小幅降低,盐浴冷却试件的二次、三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能相差较小。采用风冷的试件内部残余应力可控制在±100 MPa以内,比油冷和盐浴冷却的试件降低50%以上。GH4096合金环件固溶处理冷却方式采用风冷与传统的油冷和盐浴冷却方法相比,可以明显降低锻件内部残余应力,蠕变和高温拉伸等性能只有小幅降低,有助于改善GH4096合金薄壁零件冷加工过程的变形问题,提高尺寸控制精度。     

残余应力对加工变形影响的分析与模拟

为了研究材料去除过程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形,假设在该过程中没有引入另外的应力,采用理论计算和有限元模拟的方法对含有已知单向应力情况的矩形板进行了求解,计算了在剥层过程中的曲率、挠度和残余应力,并分析了剩余部分的残余应力变化趋势。结果表明理论解与有限元解获得了极好的吻合。采用有限元法进一步研究了材料去除过程中,单向和双向残余应力对加工变形的影响以及最终残余应力分布规律的异同。     

Review on residual stress and its effects on manufacturing of aluminium alloy structural panels with typical multi-processes

In the aerospace industry, integrated aluminium alloy plates and stiffened panels with high accuracy and performance attract significant interest. To manufacture these panels as integrity with high accuracy, multiple processes need to be utilised, such as machining, welding and forming. During the whole manufacturing chain, residual stresses can be generated and redistributed in the components among different processes. The residual stress would significantly affect the shapes and properties of the final products. Currently, these great effects are not well considered in the design and manufacturing processes. This paper aims to draw a general understanding of the residual stress generated in the pre-manufacturing processes and its effects on subsequent manufacturing processes. The mechanisms and distributions of residual stresses generated in typical pre-manufacturing processes of structural panels, including machining, welding and additive manufacturing (AM), are firstly summarised. The detailed effects of generated residual stresses on distortion and application properties in subsequent manufacturing processes are then concluded. In addition, current methods developed for the investigation of residual stress effect in multi-processes manufacturing are critically reviewed, including experimental, analytical, finite element (FE) and machine learning methods. Furthermore, the future development trend of methods for residual stress consideration and control in the design of manufacturing processes is summarised, providing comprehensive guidance to achieve the high accurate manufacturing of aluminium alloy structural components.     

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...