唐志涛[1]2008年在《航空铝合金残余应力及切削加工变形研究》文中研究说明航空整体结构件具有结构复杂、尺寸大、材料去除率高、薄壁部位多、刚性差等特点,在加工过后,零件通常会出现弯曲、扭曲或弯扭组合等变形,加工精度难以达到设计要求。本文以航空铝合金7050-T7451为研究对象,围绕引起整体结构件加工变形的主要因素,即毛坯初始残余应力的释放与重分布,铣削加工引入的残余应力,以及铣削力、铣削热和装夹载荷的作用,借助理论分析、实验研究和数值模拟等研究手段,研究影响变形的各因素在加工的各阶段所起的作用及引起的变形形式,明确整体结构件加工变形的产生机理,从而为航空整体结构件的加工变形的控制和工艺参数优化提供理论依据。分析航空铝合金预拉伸板7050-T7451内部残余应力的产生机理,指出毛坯初始残余应力主要在热轧和固溶化淬火工艺过程中产生,采用预拉伸的方法进行消减;基于裂纹柔度法测量铝合金厚板内部残余应力的分布规律,采用有限元法计算得到测试试样的裂纹柔度函数,在分析应力计算不确定度来源的基础上,研究裂纹柔度法中插值函数及其阶数的选择对应力计算结果不确定度的影响,基于应力不确定度的最小化目标,确定9阶勒让德多项式是拟合铝合金预拉伸板内部残余应力的一种理想的插值函数及其阶数;计算得到45mm厚铝合金预拉伸板7050-T7451内部残余应力分布规律,结果表明板内残余应力呈明显的外压内拉的“M型曲线”分布,为分析与预测毛坯初始残余应力引起的加工变形问题奠定基础。采用DEFORM-2D和DEFORM-3D有限元软件,建立二维正交切削加工和叁维斜角切削加工航空铝合金仿真模型。采用Johnson-Cook模型描述材料的流动应力行为,采用单元自适应网格重划技术与分离准则相结合实现切屑与工件的分离,选用无量纲Cockcroft&Latham断裂准则实现材料的断裂,摩擦模型的建立通过划分粘结区和滑动区,分别应用不同的摩擦系数来描述。设计正交切削力实验,验证有限元模型的正确性。基于仿真模型预测热-力耦合作用下工件、切屑中的非均匀应变场、应力场、温度场以及切削力,分析后刀面磨损量、刃倾角、刀刃钝圆半径等刀具几何参数对切削力和切削温度场分布的影响。基于Doelle-Hauk法测量铣削加工航空铝合金工件表面残余应力的状态,结果表明:应力主平面与试样表面基本平行,铣削加工铝合金表面残余应力近似处于二维平面应力状态;采用X射线衍射和电解抛光逐层剥除相结合的方法,测试铣削加工航空铝合金残余应力沿层深的分布规律,分析主轴转速、进给速度、后刀面磨损量对加工残余应力分布规律的影响,结果表明:铣削加工引入的残余应力沿层深的分布与后刀面磨损量密切相关,其次是主轴转速,而每齿进给量对残余应力的影响不大;建立叁维双刃斜角变切屑厚度有限元模型,采用Kistler测力仪获得铣削过程中的动态切削力分布,采用红外热像仪测试得到铣削过程中切屑中的最高温度,通过有限元分析与试验研究相结合,获得不同切削条件下的工件已加工表面温度场的分布规律。基于热-力耦合理论,对铣削加工残余应力的产生机理进行解释。建立航空铝合金初始残余应力的释放与重分布引起加工变形的理论解析模型与有限元模型,基于有限元法分析材料切削去除过程中双向毛坯初始残余应力的释放与重分布引起的矩形板工件加工变形规律,结果表明:毛坯初始残余应力的释放与重分布造成了工件整体上的弯曲变形;采用组合函数近似表达铣削加工引入的残余应力,解决了有限元模型中加工残余应力的自平衡问题。研究铣削加工引入的残余应力引起的加工变形规律,得出结论:加工引入的残余拉伸或压缩应力造成了工件整体上的弯曲变形,加工残余剪切应力造成了工件整体上的扭转变形,且扭转变形量大于弯曲变形量;研究多框体零件隔框加工顺序以及双面结构零件加工工艺对加工变形的影响,基于加工变形的最小化目标,得到最优的隔框加工顺序方案及工艺路线方案。综合考虑毛坯初始残余应力、装夹效应、铣削机械载荷、铣削热载荷、加工引入的残余应力对加工变形的影响,建立多因素耦合作用下工件加工变形的预报模型;设计框类结构件的高速铣削加工试验,采用叁坐标测量机测量工件的加工变形,通过有限元模拟结果与试验结果的比较,验证预报模型的正确性。多因素耦合变形预报模型的建立为进一步研究加工变形的控制技术提供依据。
董辉跃[2]2004年在《航空整体结构件加工过程的数值仿真》文中认为整体结构件的加工变形是困扰航空制造业的难题，许多变形大的整体结构件不得不增加校形工序。而校形工艺又比较“野蛮”化，时常有校裂报废现象，耽误了型号工程，经济损失巨大。本文在阐述整体结构件的国内外加工现状、产生变形原因的基础上，利用数值模拟分析、试验验证的手段研究了航空整体结构件加工过程中的各个阶段，包括毛坯的淬火、淬火残余应力的拉伸消除、切削过程机理和整体结构件的加工过程。 材料去除导致毛坯中的残余应力重新分布是引起加工变形的重要因素。为了得到整体结构件毛坯的初始状态，采用准耦合法对航空铝合金7075进行了淬火模拟，研究了该过程中温度的变化和残余应力的分布规律。进而，在忽略切削载荷的假设条件下对含有淬火残余应力的毛坯进行材料去除模拟。试验证明，模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似，从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素，同时验证了准耦合淬火法的有效性。 通过淬火可以获得高强度、高韧性的铝合金，同时淬火后分布于毛坯中的残余应力幅值很大。为了消除毛坯的淬火残余应力，必须进行拉伸。所以在获得淬火毛坯的基础上，又进行了毛坯拉伸消除残余应力的数值模拟与分析。模拟分析的预拉伸量分别为1％、2％、3％。预拉伸量在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％。而且，由拉伸后的毛坯加工所得工件的最大变形量比拉伸前减小94.5％。预拉伸量2％和3％对残余应力的消除和变形的控制影响相差不大，所以7075铝合金毛坯的预拉伸量不超过3％，这完全符合航空铝合金生产工艺的规定。 若要对整体结构件的加工过程进行模拟必须具备：①整体结构件毛坯；②加工过程施加的动态铣削载荷，包括铣削力和铣削热。所以在毛坯淬火和拉伸模拟获得整体结构件毛坯的基础上，本文通过对铣削过程建立有限元模型来研究切削机理，以获得动态切削载荷。目前铣削加工的有限元模型虽然很多，但绝大部分是平面直角(正交)切削加工，对斜角切削加工进行研究的很少，对双刃切削加工进行研究的就更少了。双刃切削加工是在斜角切削的基础上又增加了一个副切削刃，是更接近于实际工况的。所以本文在概括直角切削加工模拟技术的基础上，对双刃切削加工模拟作了深入的研究，对切削加工过程中的各个物理量，如切削温度、切削力、切屑的形成过程及刀具的温度分布等作了分析。所有分析表明，模拟结果是基本合理的，从而为切削加工的参数优化、刀具几何形状的设计提供了更简捷的途径，为建立切削加工优化参数数据库打下了基础，为整体结构件加工变形的控制提供了新浙江大学博士学位论文的手段。 在获得了淬火拉伸状态的整体结构件毛坯以及切削加工过程中的动态载荷的基础上，运用接力计算对一整体结构件—前梁的比例件的加工过程进行了模拟。比例件加工变形的数值模拟结果与车间生产的工件的变形是相似的。所以改方法将是整体结构件加工过程数值仿真的基础。 装夹对类似薄壁零件的整体结构件的加工变形也是具有影响的。为了揭示夹具对残余应力的影响，利用有限元技术模拟了工件加工过程中不同的装夹方案，结果表明，装夹位置对残余应力分布具有重要影响，而装夹顺序对残余应力的分布和幅值无较大影响。通过进一步对比分析各种装夹方案中残余应力引起的工件变形得出结论:夹具分布较平均的装夹方案可获得比较均布的残余应力和较小的变形。另外针对薄壁零件刚性差，制造过程中产生装夹变形严重的工艺难题，采用有限元分析方法，分别对装夹位置、装夹顺序以及加载方式叁个因素在装夹过程中对其产生变形的影响进行了模拟。综合以上叁个影响因素，根据有限元分析结果，在所有备选方案中获得了变形量最小的薄壁零件装夹方案，对提高该类零件的制造精度具有一定的指导作用。关键词:整体结构件;有限元模型;淬火;预拉伸;残余应力;斜角切削;双刃切 削;切屑成形;动态切削载荷;热力祸合;接力计算;加工变形;装夹本论文研究得到了国家自然科学基金项目、国防军工项目、教育部博士点基金项目等国家重点课题的资助
张延成[3]2008年在《航空薄壁结构件加工变形数值仿真研究》文中提出航空薄壁件尺寸大、结构复杂、形状精度要求很高,并且薄壁件有的部位只有1.5-3mm厚,甚至小于1.5mm刚性很差,在加工过程中很容易会发生弯曲、扭曲、或弯扭组合等的结构变形,使零件难以达到设计要求,甚至成为废品,严重影响了航空产品的生产进度与成本。本文在阐述航空整体结构件国内外加工研究现状的基础上,通过理论分析、有限元数值仿真以及已知实验对比研究相结合的方法,从残余应力入手,对航空整体结构件的铣削加工变形预测进行了较为深入的研究。(1)首先,本文运用弹塑性力学理论,根据拉、压两种应力所产生的应变情况推导了适合预拉伸铝合金厚板内部残余应力的改进剥层应变法。为了便于处理应变数据,建立了人性化的VB数据处理系统,并通过有限元方法对宏观应力释放法测试叁维残余应力分布进行了验证。(2)其次,对实际的铣削状态进行简化,建立叁维弹塑性有限元铣削模型,通过动态给去除材料所在单元的单元面上加载、卸载方法来实现切削力作用过程,并通过有限元的“生死单元技术”模拟材料去除。从理论上分析了工件加工过程中产生塑性变形、残余应力的原因,并通过已知典型薄壁件的加工参数对模型的合理性进行了验证。(3)利用建立起的切削模型,对薄壁件侧壁最后一道工序的加工余量,以及薄壁件不同的压板数目、相同压板数目而不同的装卡位置对薄壁件变形的影响进行了仿真分析。(4)最后,对航空多框薄壁件中框体的加工顺序对整体变形的影响进行了仿真研究。本文对有效减小或抑制零件加工变形,对航空整体结构件数控加工变形进行预测具有重要的现实意义和价值。
张以都, 张洪伟[4]2009年在《航空整体结构件加工变形有限元数值仿真》文中指出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.
吴红兵[5]2008年在《航空框类整体结构件铣削加工变形的数值模拟与实验研究》文中提出整体结构件数控加工变形是航空制造业面临的最突出问题之一,多年来一直困扰航空工业。研究影响整体结构件加工变形的因素及减小或抑制零件加工变形的工艺方法,对航空整体结构件数控加工变形预测及控制具有重要的意义和价值。本文在阐述航空整体结构件国内外研究现状的基础上,通过理论分析、有限元计算及实验研究相结合的方法,从叁维切削机理,薄壁件变形及整体结构件数值模拟关键技术入手,对航空整体结构件的铣削加工变形进行了深入的研究。深入研究了金属的叁维切削加工机理,并采用叁维斜角切削有限元模型对航空铝合金已加工表面残余应力的分布规律进行了模拟研究。另外采用更接近真实铣削过程的叁维螺旋刃刀具有限元模型对航空铝合金7050-T7451铣削机理进行了数值模拟,研究了切削过程中的各种物理现象。并分析了切削力及切削温度的变化规律。在阐述航空薄壁件加工变形的相关理论基础上,深入研究了薄壁件切削加工模拟的若干关键技术,建立了适合薄壁件加工的叁维螺旋刃刀具有限元模型及带悬壁板结构的薄壁工件有限元模型。利用该模型对航空铝合金7050-T7451进行了加工变形模拟,分析了切削过程中的切削力与让刀量的关系。为航空整体结构件局部变形(侧壁、腹板、筋条、缘条)的研究和控制建立了基础。针对航空框类结构件的结构及加工特点,建立了适合航空框类整体结构件铣削加工变形的有限元模型,并深入研究了所需的建模关键技术。关键技术主要包括框类整体结构件实际加工过程面向数值模拟过程的CAD模型简化研究、加工工艺向数值模拟的转化研究,毛坯初始残余应力场的构建,材料去除方法,切削层简化及切削载荷的获取与施加方法,数值模拟的接力计算方法。提出了采用对称铣削加工框类整体结构件的工艺方法与普通加工工艺方法进行铣削加工变形的模拟与实验对比分析。通过小尺寸框类整体结构件进行包括对称铣削加工工艺方法在内的四种不同工艺方法的铣削加工模拟及加工实验。对四个小尺寸框类整体结构件的数值模拟及加工实验的结果进行对比分析,验证了数值模拟建模技术的正确性。同时,通过对比,证明了对称铣削加工的工艺方法能有效的减小航空框类整体结构件铣削加工变形。将对称铣削的加工工艺应用于实际尺寸的大型航空框类整体结构件的铣削加工过程模拟,进行航空框类整体结构件加工变形的预测研究。
王中秋[6]2009年在《航空整体结构件加工变形滚压校正理论及方法研究》文中研究表明航空整体结构件由于其重量轻、结构效率和可靠性高等优点被广泛的应用在航空制造领域。但航空整体结构件大多尺寸大、结构复杂、加工周期长,加工过程中因各因素综合作用,加工完成后往往产生弯曲、扭曲或弯扭组合等变形,难以达到设计精度要求。引起整体结构件变形的因素包括整体结构件的材料属性及结构特征、毛坯初始残余应力、切削力、切削热、夹紧力等。通过现有手段无法完全将加工变形抑制,因此必须对加工后变形进行校正。通过铝合金7075-T7451正交切削实验,基于反求法构建了适合加工条件下的铝合金Johnson-Cook材料本构关系模型。通过切削力与切削的的仿真与实验对比表明,仿真与实验结果吻合较好。通过该方法构建的材料模型避免了传统等温压缩试验中求解材料模型应变率过低的问题;与用分离式霍普金森压缩实验相比,材料模型应变范围更大,应变率范围可以根据需要调整切削实验,避免了人为加热试样可能产生的等温软化与时效强化作用,并且可以大大降低了试验费用。基于正交实验获构建的材料本构关系模型,建立了叁维铣削有限元分析模型,获得了单齿铣削铣削力的变化曲线。仿真分析表明,从刀具切入到切出过程中,模拟获得的叁个方向铣削力随切入材料厚度的不同先快速增大,达到最大值缓慢减小,最后快速减小,但叁个方向铣削力达到最大值的时间不同,模拟获得的铣削力变化趋势与实验获得的规律相同。研究了铣削加工过程中的温度、等效应力、等效应变及等效应变率的分布规律。铣削最高温度出现在刀刃附近的前刀面与切屑接触区,切屑与工件上的温度分布规律:切屑的温度较高,工件的温度相对较低,这主要是由于高速加工中切削热大部分被切屑带走,只有少部分传入刀具和工件。仿真获得的切屑形态与实验相似,而切削力的仿真与实验对比,最大误差不超过15%,表明有限元模型正确。将仿真获得的瞬态的铣削力及铣削温度数据作为初始条件施加到后续的整体构件的变形预测模型中,建立了毛坯初始残余应力、铣削机械应力及铣削热应力耦合模型。将毛坯初始残余应力作为初始条件,装夹夹紧力作为边界条件,叁维铣削模型中获得的瞬态铣削力及铣削热作为动态载荷,施加到多应力耦合模型中。动态铣削力及铣削热按刀具的运动轨迹施加到对应单元节点上,模拟真实的铣削过程,获得加工过程中工件的变形及应力分布。夹具释放过程采用边界条件转换模拟,在底面不共线的叁点施加3-2-1约束,使工件可以自由变形,获得了夹具释放后框类结构件的变形。设计了铣削实验,将模拟获得的框类结构件的最终变形与实验获相比较,验证了有限元模型的正确性。根据二维滚压过程数学物理模型构建了二维薄壁滚压有限元仿真分析模型。分析了不同滚压力、不同薄壁厚度下滚压过程中材料流动、应力、应变变化关系,并以切削应力为例分析了滚压应力与初始应力的相互作用关系。通过分析滚压应力与初始应力的作用关系表明:薄壁滚压过程可以看作是滚压机械应力与初始应力迭加的过程,该过程可以通过调整滚压力及滚压位使薄壁产生不同程度的塑性变形量及内应力分布。不同滚压力对于薄壁滚压产生的内应力分布不同:当滚压力较低时,滚压过程只能在浅表层产生较大的滚压力压应力波谷,该滚压力水平为低滚压力水平;随着滚压力的增加,滚压产生的表层应力开始接近深层材料的应力,并引起深层材料应力的较大改变,为过渡滚压力水平:滚压力进一步增大,使滚压后工件材料应力在表层形成最大应力变化区,则为高滚压力水平,其中过渡滚压力水平对材料表层及深层综合影响最大而又不会产生较大塑性变形。相同滚压力下,薄壁滚压应力随着薄壁厚度的增加,峰值与深层材料应力的平均水平都有所降低,但是最大应力峰值产生的深度基本保持不变。将滚压应力与初始应力的迭加关系应用到T型件的滚压变形中,提出了基于校正图谱进行校正的滚压校正思路,并通过有限元仿真分析进行了初步验证。采用解析方法和有限元法分析了平面二维应力状态毛坯初始残余应力的矩形板工件在不同初始应力条件下,逐层剥除过程中残余应力的重新分布规律以及引起的加工变形规律。分析表明,毛坯的初始应力状态对工件的变形形式具有决定性作用:当毛坯初始残余分布状态为表层为压应力、中间为拉应力时,单面去除材料后,工件发生两端向上翘曲的变形;当毛坯初始残余分布状态为表层为拉应力时,工件单面去除材料后,发生两端向下弯曲的变形。以“日”字形两隔框结构件为例,构建了侧壁局部滚压弯曲校正的有限元仿真分析模型,分析了滚压过程中滚压应力与初始应力的作用关系,以及不同滚压参数下滚压变形的变化规律。基于以上分析构建了两隔框结构件滚压变形校正图谱,并进行了仿真分析,表明该方法在隔框变形校正分析中有效,进一步通过叁隔框结构件的弯曲变形校正仿真及实验对比进行了验证,表明通过查询校正图谱确定隔框类整体结构件弯曲滚压校正参数有效可行。对于实际应用可能产生的误差使校正结果一次无法满足要求的,可以通过查询校正图谱进行多次滚压,使工件变形得到消除,最终使尺寸达到设计及装配要求。设计了滚压校正装置,用于实验分析。针对滚压校正过程对侧壁表面质量的改变,设计了薄壁滚压实验,对不同滚压参数下滚压前后薄壁表面粗糙度随着滚压力的增加而逐渐减小。滚压后薄壁表面的微硬度可以获得提高,越高的滚压力,获得的滚压后表面硬度越高,但是较高的加工速度滚压后的增长速度逐渐降低;滚压后的硬度可以看做是切削硬化与滚压硬化这两种作用综合作用迭加,随着滚压力增加滚压作用所占的影响程度越大,加工速度造成的影响就逐渐被掩盖。滚压前后的耐磨性对比表明,工件表面滚压后,薄壁的磨损率以及摩擦系数相对未滚压前得到降低;随着滚压力的增加,耐磨性、摩擦系数进一步降低,但滚压后的高速加工后的表面摩擦系数相差较大但是磨损率接近,表面粗糙度对摩擦系数影响较大,但是表面硬度及分布深度相对表面粗糙度对耐磨性影响更大。通过X射线衍射法对薄壁滚压前后的表面残余应力进行了测量,并用电解抛光对滚压前后薄壁进行剥层,测量的X方向应力随层深分布的变化。分析表明:通过滚轮滚压可以在受滚压的薄壁表面及表面以下一定深度范围内迭加一定的滚压应力,当滚压力水平相对较低时,越大的滚压力产生的滚压应力峰值越大,产生的滚压应力谷的沿壁厚分布深度也越深。实验与仿真分析的变化规律一致
柯烈强[7]2010年在《航空框类结构件铣削加工残余应力抑制策略研究》文中进行了进一步梳理整体结构件数控加工变形是航空制造业面临的最突问题之一,严重地阻碍了航空制造业的发展进程。研究影响整体结构件加工变形因素及减小或抑制零件加工变形的工艺,对航空整体结构件数控加工变形的预测及控制具有十分重要的价值和意义。全文共分六章,各章内容简述如下：第一章阐述了论文研究的背景和意义,总结了航空整体结构件数控加工变形的国内外研究现状,提出了本论文的研究内容和总体框架。第二、叁章在阐述航空整体结构件加工变形的相关理论基础上,通过理论分析、有限元计算及实验研究相结合的方法。从叁维切削机理,加工变形特征及整体结构件数值模拟关键技术入手,对航空整体结构件的铣削加工变形进行了深入的研究。建立了适合航空框类整体结构件铣削加工变形的有限元模型,并深入研究了所需的建模关键技术,主要包括模型简化研究、材料去除方法、切削层简化及切削载荷施加。第四章采用有限元模拟与试验研究相结合的方法,针对航空多框整体结构件的铣削加工变形机理、预测方法以及变化规律开展了深入的研究,为该类结构件加工变形的控制奠定了基础。利用叁维弹塑性有限元技术分析了走刀路径和加工顺序对铣削加工残余应力分布和变形的影响,得到了四种典型的走刀路径以及框铣顺序对加工变形的影响趋势。第五章结合实际小尺寸结构件的高速铣削加工试验,采用叁坐标测量仪测量工件的加工变形,通过加工变形模拟结果与试验结果的对比分析,验证了所建立的加工变形有限元分析模型的有效性。第六章对本论文的研究内容进行了总结,并对进一步研究工作进行了展望。
张宏勇[8]2010年在《钛合金薄壁结构件加工变形模拟与试验研究》文中提出整体结构件具有尺寸大、壁薄、加工精度要求高等特点,加工变形是其制造中存在的突出问题之一。钛合金材料具有优异的综合机械性能,在航空整体结构件中获得了大量的应用,但是由于钛合金切削加工中大的切削力、高的切削温度、小的弹性模量以及不均匀的初始残余应力等原因,使钛合金整体结构件的数控加工变形问题更加复杂,严重影响了钛合金航空结构件的生产效率和最终产品精度。因此,开展钛合金整体结构件加工变形研究具有重大的现实意义。本文在阐述航空整体结构件国内外加工研究现状和产生变形原因的基础上,以钛合金TC4薄壁结构件为研究对象,采用实验研究和有限元模拟分析相结合的方法,对钛合金航空整体结构件的加工变形进行了深入、系统的研究。论文介绍了残余应力的定义、分类,产生原因及影响,阐述了残余应力的测试方法及有限元方法的理论分析基础,通过残余应力对结构件变形的机理分析,提出具体有限元的模拟的方法步骤,为初始残余应力的模拟和对加工变形的影响提供了具体路线和理论基础。基于热力学和弹塑性力学理论,采用准耦合分析方法模拟了退火热处理过程,建立了钛合金毛坯的叁维残余应力场,获得了具有初始残余应力场的航空整体结构件数字化毛坯；利用单元生死技术,实现残余应力对工件变形影响的模拟；通过线切割实验,得出薄壁结构件的轮廓变形的规律。分别对无初始残余应力的工件和有初始残余应力的工件进行了铣削实验。通过分析毛坯初始残余应力、切削载荷及其耦合因素对航空钛合金薄壁结构件加工变形的影响规律,指出切削载荷是影响钛合金整体薄壁结构件加工变形的主要因素。
袁俊凇[9]2011年在《复杂薄壁结构件铣削加工变形有限元模拟及装夹布局优选》文中研究说明汽车主模型检具（Cubing）是用铝合金根据叁维数模以1：1的比例通过铣削加工制成的模型，在新车型前期研发和后期质量控制中发挥着极为重要的作用。它既要匹配整车，又要匹配零件，因而制造精度要求非常高。主模型中许多零件属于铝合金复杂薄壁结构件，由于刚性差，在铣削加工过程中容易发生加工变形，导致加工误差；实际加工时，为增加系统刚度，控制加工变形，工程师凭据经验密集地布置工艺辅助支承，因而工件装夹须占用大量时间和精力。本文针对汽车主模型检具复杂薄壁结构件在铣削加工过程中存在的加工变形较大和装夹时间较长等问题进行了系统研究，为铣削力的计算、加工变形预测和装夹布局优选提供了理论依据。主要研究内容如下：1、通过铣削力测量实验得出常用铣削参数组合对应的铣削力数值，并采用四因素四水平正交试验法设计试验方案，运用正交回归分析方法建立球头铣刀铣削力经验公式，同时介绍了通过铣削过程物理仿真有限元模型预测铣削力的方法。2、以铝合金简单薄壁件为例，对铣削过程中的工件加工变形作了研究，提出使用有限元模拟作为分析和计算加工变形的方法。建立了薄壁件加工变形预测有限元模型，探讨了网格划分方式、铣削力载荷施加、材料切屑去除等关键问题，运用商业有限元软件MSC.Marc对有限元模型进行求解，并通过非接触式电涡流位移传感器测量加工变形的实验对有限元模拟结果作了验证。在此基础上，运用有限元模拟及加工变形测量实验研究了铣削参数变化对加工变形的影响，为铣削参数的选用提供了依据。3、运用有限元分析方法预测了汽车主模型检具复杂薄壁结构件铣削加工变形，探讨了工件装夹的约束条件，以汽车主模型零件之引擎盖为例，基于加工变形的控制，从夹紧位置优选和辅助支承位置优选两方面对复杂薄壁结构件装夹布局优选问题进行研究，在把加工变形控制在允许范围内的基础上，减少了辅助支承数目，缩短了零件加工周期，同时使得加工变形分布更加均匀。
马海营[10]2010年在《基于开槽法的航空结构件加工变形控制技术研究》文中研究表明航空结构件在加工过程中,由于毛坯内应力的释放往往导致航空结构件变形超差,甚至报废,因此研究航空结构件的加工变形控制具有重要意义。本文以实际生产中的开槽法为基础,建立了开槽法的数值模型,分析了开槽应力释放与变形释放的关系,并基于铝合金预拉伸板典型的内应力分布,以最佳变形释放量为目标,研究了的开槽参数的优化方法,并进行了试验验证。具体研究内容如下:1.通过切削加工试验验证了毛坯内应力释放能够使得零件发生加工变形,指出虽然毛坯材料逐渐切除使得内应力被逐渐释放,但是所产生的加工变形并非逐渐增大。2.对开槽法内应力释放进行了理论分析,通过建立数值模型对分析了开槽应力释放与变形释放的关系,并以开槽的宽度、深度和位置等参数为变量建立了开槽参数与变形释放量的几何模型,得到了开槽法释放弯曲变形的挠度表达式。3.提出了基于开槽法的加工变形控制思路,以未优化前的零件加工变形量为最佳变形释放量为目标,研究了的开槽参数的优化方法。通过有限元的仿真验证了采用优化后的开槽参数控制零件加工变形的效果。4.针对某框结构件,测量了其毛坯板铝合金6061T651的内应力分布,借助数值模拟确定了最优开槽参数。利用最优参数开槽并加工了实际零件,其变形远小于未采取优化措施的零件变形,变形未超差,说明通过优化开槽参数可以有效抑制零件加工变形。
参考文献：
[1]. 航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D]. 唐志涛. 山东大学. 2008
[2]. 航空整体结构件加工过程的数值仿真[D]. 董辉跃. 浙江大学. 2004
[3]. 航空薄壁结构件加工变形数值仿真研究[D]. 张延成. 东北大学. 2008
[4]. 航空整体结构件加工变形有限元数值仿真[J]. 张以都, 张洪伟. 北京航空航天大学学报. 2009
[5]. 航空框类整体结构件铣削加工变形的数值模拟与实验研究[D]. 吴红兵. 浙江大学. 2008
[6]. 航空整体结构件加工变形滚压校正理论及方法研究[D]. 王中秋. 山东大学. 2009
[7]. 航空框类结构件铣削加工残余应力抑制策略研究[D]. 柯烈强. 安徽工程大学. 2010
[8]. 钛合金薄壁结构件加工变形模拟与试验研究[D]. 张宏勇. 中北大学. 2010
[9]. 复杂薄壁结构件铣削加工变形有限元模拟及装夹布局优选[D]. 袁俊凇. 上海交通大学. 2011
[10]. 基于开槽法的航空结构件加工变形控制技术研究[D]. 马海营. 南京航空航天大学. 2010
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