航空铝合金薄壁件加工变形有限元仿真与分析

综合考虑薄壁件粗精加工工序,建立了薄壁件铣削加工全过程三维有限元模型,系统地研究了残余应力施加、切削力建模及动态加载、材料去除等加工过程建模所涉及的关键技术.通过自行构建的加工仿真平台,对处在不同毛坯初始残余应力分布情况下的薄壁件分别进行了加工过程模拟.仿真结果表明,加工过程中残余应力对切削力引起的薄壁件加工变形具有重要影响,较大的初始残余应力导致薄壁件侧壁首末自由端附近产生加工变形波动,容易引起或加剧切削振动, 严重影响其加工精度及表面质量.     

环形件残余应力测试与数值模拟

针对薄壁类零件受残余应力影响而产生变形开裂,且残余应力研究手段少、实验研究费用高等突出问题,基于Abaqus平台建立了GH4169、TC4环件在冷却过程中残余应力场的有限元模型,分析了环件冷却过程中残余应力场的分布规律;通过对比,模拟数据与残余应力实测数据分布规律一致,且误差均小于30MPa。结果表明,所建立的应力场预测模型能够有效可靠地预测残余应力场的水平及分布状态。     

基于等厚未变形切削厚度残余应力预测

机械加工引起的残余应力一直是制造领域关注的重点，表面残余应力状态能反映零部件性能与使用寿命.为更好地了解铣削加工零件表面与次表面残余应力状态，将铣削不等厚未变形切削厚度转换为等厚未变形切削厚度进行微元铣削力建模.通过仿真建立2D等厚未变形切削厚度模型研究切削钛合金时的温度，结合微元力与温度模型对铣削后加工表面残余应力进行预测，并将残余应力预测值、仿真值与实测值进行比较.结果表明，残余应力仿真值与实测值的变化趋势基本一致，通过等厚未变形切削厚度建立的残余应力预测模型能够反映表面应力状态.     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 已加工表面层残余应力为拉应力，沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

活塞环残余应力的测定

许多工厂采用人工时效消除活塞环的残余应力。但是时效后残余应力是否能完全消除,切削加工是否会产生新的残余应力,各道工序对残余应力的影响如何,心中无数。作者采用应力释放法对12组不同状态的活塞环的残余应力进行了测试。数据表明:1)活塞环的铸造残余应力很小,平均为0.40MP_?;2)粗磨引起的残余应力为1.17MP_a,为铸造残余应力的2.9倍;3)粗车外圆引起的残余应力为0.92～1.72MP_a,为铸造残余应力的2.3～4.3倍;4)所试验的各种时效工艺均可将活塞环的残余应力减少至最低限度。时效加热温度460～540℃,保温时间1～2小时效果相近;5)现行工艺流程不能达到消除残余应力的目的。活塞环时效工序应安排在粗车外圆甚至粗镀内圆以后为好。     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

约束控制对特厚板20MnNiMo钢焊接残余应力的影响

以热-弹塑性理论为基础,建立了100 mm厚20MnNiMo三维焊接有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了4种约束方式对特厚板焊接残余应力的影响,并通过盲孔法对部分模拟结果进行了试验验证.计算结果表明,约束位置的增加可以使焊接接头残余应力变大.随着约束位置的增加,焊缝区横向应力和热影响区纵向应力由压应力变成拉应力.约束位置越多,残余应力越大,焊接变形越小.模拟结果中,方案A试板边部翘曲变形最大,总变形量为39 mm,方案D变形最小,变形量为0.8 mm.     

校平、滚弯连续工艺下大尺寸板材残余应力

为了实现多工序条件下板材加工过程的应力演变分析,优化加工工艺,建立考虑初始残余应力的大尺寸板材校平、滚弯连续加工工艺下的有限元虚拟加工模型,分析连续加工过程对板材残余应力的影响.结果表明:校平过程使板材表面初始残余压应力向拉应力转变,对于板材心部的应力场影响较小.校平过程对板材表面的残余应力产生不利的影响.滚弯后表面都为压应力状态.而心部周向存在较高的拉应力状态.实验验证了有限元分析结果的正确性.     

刨削加工残余应力及其引起的变形研究

本文探讨了切削参数对工件表面最大残余应力和残余应力分布的影响规律,分析了刨削退火钢时工件表层产生残余拉应力的主要原因,讨论了薄板挠曲变形与表面残余应力之间的关系,提出了降低残余应力和减小薄板挠曲变形的措施。     

Machining Deformation Prediction of Thin-Walled Part Based on Finite Element Analysis

For the problems of machining distortion and the low accepted product during milling process of aluminum alloy thin-walled part, this paper starts from the analysis of initial stress state in material preparation process, the change process of residual stress within aluminum alloy pre-stretching plate is researched, and the distribution law of residual stress is indirectly obtained by delamination measurement methods, so the effect of internal residual stress on machining distortion is considered before finite element simulation.Considering the coupling effects of residual stress, dynamic milling force and clamping force on machining distortion, a three-dimensional dynamic finite element simulation model is established, and the whole cutting process is simulated from the blank material to finished product, a novel prediction method is proposed, which can availably predict the machining distortion accurately. The machining distortion state of the thin-walled part is achieved at different processing steps, the machining distortion of the thin-walled part is detected with three coordinate measuring machine tools, show that the simulation results are in good agreement with experimental data.     

主应力轴旋转对压实黄土动残余变形的影响

通过对DTC-199型周期扭转荷载三轴仪的简单改造,研究了主应力轴旋转对压实黄土在周期动荷载作用下轴向残余变形和动剪切残余变形的影响.结果表明:随着初始主应力方向角的增大,轴向残余变形由压缩状态的正值逐渐过渡到伸长状态的负值.振动次数对剪切残余变形影响较大,剪切变形随振次的增多而增加,且随初始主应力方向角的增大呈现增大...     

薄壁零件的制造工艺研究现状

薄壁零件制造过程中的变形控制研究是现代制造领域的重要课题。介绍了薄壁零件的结构特点,分析了加工变形的影响因素,表明材料与结构、装夹工艺、切削力与切削热、以及残余应力是造成薄壁零件变形的主要原因。并在此基础上总结了相应的控制方法,给出了相关技术的发展趋势。只有考虑薄壁件全局的影响因素,结合理论建模、仿真分析和试验相结合的手段才能更好地进行薄壁件产品加工变形的分析与控制,提高薄壁件量产的成品率和加工质量,为控制薄壁零件变形提供了依据。     

基于Deform-3D的镍基高温合金残余应力仿真分析

GH4169镍基高温合金应用广泛,但是属于难以加工的材料,而且已加工表面的残余应力很容易导致工件变形,从而影响工件的加工质量。应用Deform 3D软件,研究了不同切削用量下残余应力的变化规律。研究结果表明,切削速度的变化对表面残余应力的影响甚小|背吃刀量和进给量增大,表面残余应力随之增大|随着切削用量的增加,工件内部残余应力亦随之增加。     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。     

车削加工残余应力分布规律的实验研究

为了解决X射线车削剥层法残余应力测试中剥层方案的选择和抛光深度的确定的问题,应用单因素实验法研究了φ120低碳钢圆筒在不同车削条件下的残余应力分布状态,分析了进给量、车削速度和车削深度3个参量的变化对车削加工残余应力分布的影响规律．结果表明：车削参量对残余应力的分布影响很大,随车削深度的增加,残余应力影响层深度明显增加,当车削深度为0．25、0．75mm时,应力影响层深度分别为0．2、0．8mm;进给量和车削速度对表面残余应力影响较大,随进给量和车削速度的增大．表面残余拉应力增大．     

厚板焊接中焊接残余应力的分布规律

通过对厚板焊接构进行条形切割解体，从而实测截面上焊接残余应力的大小，并根据统计理论，总结出厚板中焊接残余应力在截面上的分布规律。     

航空机匣零件加工变形量预测与控制

航空机匣类零件通常由航空难加工材料制成,壁薄、刚性差、难加工,极易发生切削变形。因 此,以航空薄壁机匣零件为研究对象,基于切削加工力学建模,采用有限元分析方法,实现了对航空薄壁机 匣零件车削加工变形量的预测。在此基础上,采用加工变形量主动补偿方法,通过对每次走刀的切削深度进 行补偿以减少加工变形量。有限元仿真与切削试验结果均显示,采用该方法可以大大减少加工变形误差并使 其分布更加均匀,可有效地控制切削加工变形量。     

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明：切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数：v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。