铣削过程中残余应力仿真分析

在铣削加工零件时,零件各部分的残余应力分布不均匀,会使工件发生变形,影响工件的形状和尺寸精度.采用有限元分析方法,利用有限元增量理论建立了加工材料的弹塑性本构关系.针对立铣刀的铣削加工,建立了二维金属铣削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,通过对典型钢件的加工模拟,得到了加工后已加工表面的残余应力的分布情况和整个加工过程中工件的受力情况,对于工程中的实际应用具有重要的意义.     

航空整体结构件加工变形有限元数值仿真

加工变形是航空整体结构件数控加工领域普遍存在的问题.选取典型航空整体结构件,基于有限元法研究了毛坯初始残余应力对于加工变形的影响,仿真结果与试验结果一致;对残余应力引起的加工变形特点进行了分析,基于不同加工路径对航空结构件加工变形进行了有限元数值仿真,结果表明,对于单一残余应力引起的加工变形分析,可以忽略加工路径的影响.考虑铣削力与残余应力的耦合作用,建立了残余应力、铣削力的耦合力学模型,给出了具体仿真流程,针对不同加工路径进行有限元仿真,研究了铣削力对于残余应力分布及最终加工变形的影响.     

航空结构件加工变形仿真关键技术

对航空结构件铣削加工变形仿真的关键技术进行了深入研究.编制残余应力施加通用程序,建立包含有初始残余应力的加工变形有限元预测模型;由于铣削加工,毛坯体变为薄壁工件,在进行有限元仿真过程中,提出体-壳单元与实体单元的混合单元建模方法,以提高计算效率及便于后续研究;针对工件与工作台单面约束的接触作用及其它工程中的类似单面约束问题,提出将工件视为弹性体,工作台视为刚性体,转化为接触方式进行纯压缩边界条件的模拟,对某典型工件进行了有限元仿真并与模态试验结果对比,验证了其有效性和准确性;基于生死单元技术进行材料去除模拟.通过上述关键技术的理论研究及应用,实现了航空结构件加工变形过程的有限元仿真.      

预拉伸板轧制-拉伸残余应力的计算机仿真

为消除铝板冷轧过程中产生的残余应力,采用弹塑性大变形有限元法对变形区内残余应力的分布进行数值模拟.通过分析不同轧制工况对残余应力分布的影响,得到不同压缩量对轧制残余应力的影响; 并对不同轧制工况后的板材进行参数拉伸,得到拉伸力大小、拉伸变形量大小对残余应力消除效果的影响值.模拟结果表明适当的拉伸(2%左右)可以均匀细化、部分消除残余应力,减小残余应力对后续加工的影响.      

基于有限元仿真的航空整体结构件变形校正

针对航空整体结构件变形复杂、校正效果难以定量预测的工程问题,基于有限元仿真技术,综合研究加工变形—校正过程,对航空整体结构件的变形校正有限元建模、校正过程数值模拟、校正参数确定、校正载荷施加形式及校正残余应力等关键技术进行了研究,并运用上述技术对某航空铝合金材料整体结构件进行了变形校正有限元数值模拟.结果表明,综合研究加工变形—校正过程,提取变形有限元模型作为初始校正模型,进行有限元加载—卸载分析,可很好地模拟校正过程,并获得实际需要的校正参数.      

环件径向冷轧塑性变形及残余应力分布仿真

为了消除环件冷轧过程中产生的残余应力,采用弹塑性大变形有限元法对环件径向冷轧过程进行仿真.研究揭示了矩形截面铝合金环件径向冷轧工艺中总压下量不变时,芯辊进给速度对环件塑性变形大小及分布规律的影响.结果表明:进给速度相对较小时,环件鱼尾形状系数较大,随着进给速度进一步增大,鱼尾形状系数反而减小.根据塑性变形的不一致性产生残余应力的原理,进一步分析由此塑性变形规律形成的残余应力分布情况,从而为消除冷轧后残余应力提供理论依据.      

基于轧制应力分布的铝合金厚板淬火应力仿真

利用高度非线性软件MSC.Marc,采用弹塑性大变形有限元法对7075铝合金预拉伸厚板在轧制、淬火过程中残余应力的分布进行数值仿真.文中顺次地仿真出轧制-升温-保温-急冷四个过程中产生的残余应力,研究轧制残余应力、升温-保温应力对最终淬火应力的影响.结果表明小压缩量下,整体轧制应力小于淬火应力,轧制应力在升温-保温过程中减小,在急冷过程中急剧增大,最终表现为淬火应力.轧制应力对淬火应力影响很小,淬火应力却彻底改变了原有轧制应力的大小和分布.      

TC4喷丸强化仿真与试验

针对目前喷丸有限元仿真研究中弹丸规则排列、覆盖率无法精确计算的研究现状,基于ABAQUS二次开发建立了弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算;在此基础上研究了不同喷丸参数对TC4钛合金材料表面残余应力与表面粗糙度的影响规律。进行了TC4喷丸试验,将得到的残余应力分布、表面粗糙度与仿真结果进行对比,验证了该有限元模型的合理性。研究成果对喷丸工艺参数的确定具有一定的指导意义。      

可重构柔性多点模具蒙皮拉形模面补偿算法

针对单曲形蒙皮零件,建立了有限元数值模拟的离散模型和等效模型,通过对成形计算时间、垫层变形量和成形零件外形的比较,验证了等效模型的高效性和可靠性.为了消除垫层变形和板料回弹对成形精度的影响,采用有限元等效模型技术,基于位移调整法,提出了先进行板料回弹补偿再进行垫层变形补偿的模面补偿算法,并应用该算法分别对单曲形和双曲形蒙皮零件进行了拉形模面补偿分析.在得到的补偿模面上进行了单曲形和双曲形蒙皮零件成形试验,采用非接触光学测量系统进行数字化测量后,发现成形零件外形误差均在允许范围(±0.5 mm)之内,满足精度要求,验证了该模面补偿算法的有效性.      

轴向柱塞泵球面摩擦副冲铆工艺优化的有限元分析及试验验证

柱塞杆与座零件形成的摩擦副,制造过程极易造成该位置过度变形,导致异常磨损,以及泵性能失效,因此有必要分析轴向柱塞泵球面摩擦副制造工艺过程。本文以制造工艺对摩擦副的应变为研究对象,利用应力应变的有限元仿真,分析压配过程、冲头工装对摩擦副结构的影响,以及变形后摩擦副间隙内的流场力分布情况,得出工艺参数应选择适当的应力值(数值800~~1000N)、选用约60°结构的冲头工装执行冲铆工序的结论。通过有限元分析,为提高泵合格率做理论支撑。     

制孔工艺对7075铝合金孔表面完整性的影响

从表面完整性角度研究了5种制孔工艺对7075铝合金板材紧固孔表面加工质量的影响,通过对不同种工艺所产生的紧固孔表面粗糙度、残余应力和显微硬度进行检测和比较,发现钻扩铰多步慢进给工艺和钻扩铰一步复合制孔工艺所达到的表面完整性指标优于其它加工工艺.另外分析了影响孔加工质量的因素,证明了一步复合制孔工艺是一种先进、快捷的高质量制孔方法.     

回转类零件的四轴无干涉刀位轨迹生成

带回转工作台的四轴机床最适合用来加工由复杂多曲面构成的回转体类模具或零件.为解决四轴加工干涉问题,提出将三轴保护面概念引入四轴加工中,并给出了相应的计算方法.在偏置面模型的基础上,研究了回转类零件的四轴无干涉刀位轨迹的生成算法,并以实例验证此算法高效稳定,满足工程要求.最后探讨了四轴加工仍存在的一些问题.     

四轴端刀无干涉刀位点计算

针对四坐标端刀加工,提出一种新的干涉检测和排除方法.该方法基于曲面的多面体模型,用解析法判断刀具与曲面是否干涉,并给出排除干涉的计算公式.最后给出四轴端刀无干涉刀位点计算的算法,实例表明该方法稳定高效.     

钛合金超声振动钻削工艺特性仿真及试验研究

针对钛合金传统钻削中存在的切削力大、切削温度高和加工质量差等问题,研究了钛合金超声振动钻削工艺特性。首先,通过超声振动钻削的运动方程,分析了其断续切削和高速切削的特性;然后,利用Deform-3D对钛合金超声振动力钻削的轴向力、扭矩和切削温度进行了仿真,并通过超声振动钻削试验研究了轴向力、扭矩和出口毛刺相对传统钻削的变化。结果表明:钛合金超声振动钻削可以降低平均轴向力约20%,降低平均扭矩约40%,降低平均切削温度50%以上,钛合金超声加工孔的加工质量明显优于传统加工。钛合金超声纵扭复合振动钻削相比超声一维纵振钻削可以进一步降低钻削轴向力、扭矩和切削温度,体现出更好的钻削工艺特性。      

数控加工中等高线刀具轨迹的生成

针对高质量的等高线高速加工要求,设计并实现了数控加工中、根据刀位面及其Zmap模型计算等高线刀具轨迹的原理和算法.该算法充分考虑了刀位面Zmap模型的特点,能确保刀具轨迹始终处于顺铣状态,从而保证了良好的加工工艺性.算法稳定性好,计算速度快,并已在商品化软件CAXA-ME中成功实现.      

Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成

细分曲面既能表示连续的几何设计模型也能表示离散的加工模型,避免了模型转换的复杂中间过程.细分曲面除了对于构造具有任意拓扑结构的复杂零件具有巨大的优势外,对于数字化制造也极具发展潜力.因此,对基于Loop细分曲面的精加工刀具轨迹生成算法进行了研究.首先利用基于弦长误差的自适应插值Loop细分得到精加工模型;然后利用等斜率跟踪法将精加工模型分割为平坦区域和非平坦区域.对各个区域依次进行处理,不同区域实施不同的刀具轨迹规划.据此,既避免了因细分过程数据量过大而导致的曲面精度不足或表面质量降低的问题,又可顺利计算整张曲面相对均匀残留高度的刀具轨迹.最后,为验证该算法的可行性进行铣削加工实验.      

时效应力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的应用

时效应力松弛校形和成形方法已成功地用于制造飞机铝合金蒙皮壁板,具有很多优点。本文论述该方法的原理、应用和模拟试验结果。通过2024和LY12铝合金板件的单曲度与双曲度弯曲试验,研究了校形效果随温度、时间和预变形等的变化规律。回弹和残余应力的测量结果表明,校形效率随温度和时间提高,在铝合金人工时效温度和时间范围内,一次约可消除回弹60％。剩余的尺寸偏差可通过在夹具上修出过弯量消除。     

飞机结构件自动编程中转角构建方法及算法

针对飞机结构件转角数控（NC）加工编程效率低、工作量大、质量不稳定等问题,提出一种基于转角面的自动扩展技术,并结合工艺知识建立加工模型,为实现转角数控加工自动编程技术奠定了基础。首先定义了转角、转角面、转角加工模型及转角加工干涉域等概念;然后给出了自动扩展、侧转面与切元计算、干涉域构建等技术,实现转角加工模型的构建;最后,基于以上研究开发了转角数控加工自动编程系统,并初步应用于某型号飞机结构件的生产,应用结果表明,该技术显著提高了转角数控加工编程的效率和质量,降低了编程工作量。