基于拓扑优化的薄壁零件装夹布局确定方法

在复杂薄壁件加工过程中,合理的定位点配置可以有效降低加工变形。为了解决薄壁件定位支撑结构的优化设计问题,文章建立了以刚度为目标函数,体积为约束函数的拓扑优化模型。模型将夹具与工件看作同一实体,采取多组件多约束的拓扑优化方法,利用大型商用软件Ansys Work-bench中的拓扑优化设计模块对零件的定位支撑结构进行拓扑优化设计,并对不同支撑条件的变形仿真结果进行了比较,证明了拓扑优化方法在夹具设计中应用的可行性。     

一种大型薄壁件的多点柔性定位工装与装夹优化技术

针对航空航天制造中经常会用到的一些尺寸大、刚度低、易变形的大型薄壁件,开发出了一种多点柔性定位工装,根据这种柔性工装和工件的特点,提出了一种能够对这类零件的定位/支承布局方式进行有效优化的方法,提高了零件的加工质量,节省了这类零件制造的工装成本。     

激光快速成形修复薄壁盘环零件的有限元分析

针对航空中应用的钛合金薄壁盘环零件激光快速成形修复(LRR),建立了3D参数化有限元模型,分析了修复过程中薄壁盘环件的应力和变形演化规律。计算结果表明,应用LRR技术可以成功地实现对薄壁盘环零件的修复。彻底冷却后,修复件的残余应力属于低残余应力水平,零件水平薄壁与竖直薄壁交界处的残余拉应力较大,修复件的整体变形也比较小,两薄壁均在靠近其外端部位置的变形量比其内部要大。冷却阶段的应力分布与熔覆刚完成时的应力分布规律基本相同。随成形修复过程的进行,薄壁修复件的最大变形量增大,冷却时,修复件最大变形量随时间的增加而逐渐减小。     

汽车覆盖件主模型检具大型薄壁件制造工艺研究

汽车主模型检具是专门用来验证汽车覆盖件匹配的一种特殊工装,且由许多模块组成。由于模块材料为超硬铝,且常为大型薄壁件,所以在加工时极易变形,加工质量难以保证。针对大型薄壁件在加工中采用的装夹方式、机床和刀具的选择以及对加工工艺路线制定等方面进行研究,并提出一些预防加工变形的措施。最后,通过对车门模块精加工进行验证,用三坐标测量机对其薄壁处若干点进行测量,所有变形量均控制在0.1 mm以内。     

基于变形预测的薄壁梁架加工工艺优化

为了减少薄壁梁架加工变形,应用ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元加工仿真,获得已加工表面残余应力,预测梁架加工变形。分析不同切削用量对加工变形量的影响,优化切削用量,进行变形预补偿。在此基础上,对梁架整体加工工艺进行优化。机翼颤振模型薄壁梁架的加工证明该方法可以有效提高薄壁件加工的质量和效率。     

基于装夹方案的夹紧力及加工变形仿真

夹具装夹引起的变形是影响薄壁件加工精度的重要因素。针对大型薄壁回转体车削加工过程中工件易变形的问题,应用有限元分析软件,讨论了工件装夹有限元模型中的接触方式、切削力加载以及材料去除方式等关键问题,建立了大型薄壁回转体车削装夹有限元模型。运用所建立模型,分析了夹紧件数量、接触面积以及辅助支撑等因素对夹紧力和工件变形量的影响规律。结果表明,该有限元模型可以有效地预测薄壁件的夹紧力大小和工件变形量,并为薄壁件装夹方案的优化提供可靠的数据支持。     

薄壁铝合金铸件石膏型真空浇注加压凝固铸造工艺

对采用石膏型真空浇注加压凝固铸造工艺生产一项典型的铝合金薄壁铸件的工艺过程进行了探讨。通过对石膏型铸型制备工艺的控制及添加剂的合理使用,采用多点布局的开放式浇注系统,并对充型时间、浇注位置、铸型温度和金属液浇注温度等浇注工艺参数进行试验优化,最终确定了合理的浇注工艺参数组合,成功生产出满足技术要求的薄壁铝合金精铸件。     

基于有限元研究薄壁钣金件侧壁凸座焊接变形控制措施

以焊接模拟软件SYSWELD为平台,用双椭球热源模型,对航空发动机某薄壁件侧壁焊接凸座过程进行模拟仿真研究,并通过工艺试验对改进方案加以验证。试验结果表明:调整薄壁件的组合焊接顺序,先将薄壁件的自由端面进行组合焊接,保证薄壁件的整体刚度,提高其抗焊接变形能力,再在薄壁件侧壁组合焊接凸座,最终零件的最大焊接变形量减小约50%,超过0.7 mm的焊接变形区域大大降低,保证了凸座的位置度。     

基于ABAQUS的薄壁件多点柔性加工变形分析

运用有限元软件ABAQUS对薄壁件的实际加工过程进行了模拟三维仿真,研究了多点柔性工装系统支撑单元的密度、间距和吸附装置吸附力对薄壁件加工变形的影响。总结出3种因素对加工变形的影响规律以及为减少占用较多资源和调配时间最优的装夹布局,对多点柔性工装系统控制薄壁件的加工变形问题给出了建议。     

大型铝合金环件局部加载连续成形工艺的协调变形研究

为解决环件成形过程的径、周向协调变形问题,采用数值模拟软件对大型环坯局部加载热成形过程进行了数值模拟。分析了水压机压下量、上砧送进比对环件局部镦粗成形时径向和周向变形量的影响,获得了由3.5 m环坯局部加载连续成形获得5m环件时,压机压下量与径、周向变形量之间的规律曲线。研究结果表明:当环坯分3次加载成形,单次加载的压下量依次为23%、18%、13%,且送进比控制在30%时,环件径、周向变形较为协调,环件尺寸满足预期要求,环件的内部变形分布合理。研究结果为大型环件的局部加载连续成形提供了指导。     

GH4169镍基高温合金薄壁钻削过程中的应力及变形研究

利用ABAQUS有限元仿真软件建立了镍基高温合金GH4169薄壁件钻削模型,分析钻削GH4169薄壁件过程中的薄壁变形和应力变化。根据钻削过程中钻头下方工件材料的应力及变形特点将其钻削过程分为5个阶段:第1阶段,工件变形以整体弹性下凹变形为主,并在钻头横刃旋转接触圆形区域下方发生了局部塑性形变;第2阶段,在制孔区以塑性变形为主,在非制孔区弹性变形量大于塑性变形量;第3、第4、第5阶段工件变形相差不大,在孔口边缘形成了较大的材料外翻,其余部分形成了一定的塑性变形。在钻头横刃刚与薄壁件接触时,钻头横刃与薄壁件接触部分表现为应力集中;随着钻头的向下进给,钻头后刀面与薄壁件呈面接触,应力波开始以大致为圆形的波形扩散在薄壁件上,随后以近似方形传递到薄壁件四边。     

多元非线性回归的非对称薄壁件装夹位置优化

采用Johnson-Cook动态本构和剪切失效准则,从装夹位置角度对非对称航空薄壁件加工变形问题进行研究,获得加工变形与装夹位置关系数据;利用多元非线性回归手段,得到装夹位置与加工变形的数学模型;采用全局寻优能力较强的遗传算法优化装夹位置。结果表明:采用优化后的装夹位置较大幅度的降低了加工变形,与传统装夹位置(夹紧元件均匀分布)相比,平均变形量降低62%。     

航空薄壁件切削加工变形控制与实时监测研究

由于航空薄壁件刚度较低,工艺性差,容易发生切削变形,是机械加工中的难题。以减小航空薄壁件的变形为目标,采用有限元分析方法,分析工件在切削力作用下的变形;通过预先考虑薄壁件在切削力作用下的加工变形及其对应的变形回弹量,采用变形主动补偿的方法,在局部刀位点修正补偿刀具的切削深度。经有限元计算比较,补偿后刀位点的最大切削加工误差相对于补偿前降低95%以上,同时航空薄壁件的切削加工误差的分布更加均匀,误差值的变化波动范围更小;最后设计了一个切削力实时监测系统,对切削加工过程进行监测,形成了一种提高航空薄壁件切削加工精度的系统性方法。     

一种高精密液胀定位夹具的优化设计

考虑到薄壁套筒的薄壁长度、厚度,薄壁套筒环状凹槽的深度以及薄壁所受液压力的大小对工件的变形量、定位精度和夹紧力会造成影响,应用ANSYS平台对液胀定位夹具进行有限元建模,分析得出了薄壁套筒薄壁长度、厚度等参数对工件夹紧变形的影响规律,并且通过对目标进行结构优化设计,获得了优化的结构参数,优化后的结构使得液压油密封性能更好,工件和薄壁套筒变形更小,同时能够得到良好的夹紧力矩。结果表明:工件的变形量从1.5μm减小到0.9μm,薄壁套筒最大应力由292.88 MPa减小到282.34 MPa,薄壁套筒两端结合面径向变形由11.8μm减小到8.6μm,夹紧力矩由124.36 N·m减小到67.33 N·m。     

薄壁零件加工变形误差分析技术

研究薄壁工件因工夹系统变形所引起的加工误差的计算方法。根据有限元计算所得工件刚体位移及工件变形量,建立系统变形前后工件的变换矩阵,计算工件表面生成点的坐标位置变化,由公差带的数学模型得到系统变形加工误差模型。根据各定位点对变形误差的影响程度不同,建立定位误差敏度矩阵,确定定位元件变形对加工误差的影响因子。实例表明了该方法的有效性。     

基于遗传算法的接头类薄壁件装夹布局优化设计

以接头类薄壁件为研究对象,针对其在铣削加工中装夹位置的优化设计进行研究。利用UG对四刃立铣刀和零件进行了三维建模。通过有限元分析软件ABAQUS,对不同装夹位置对接头结构件变形的影响进行了模拟。以平均变形量最小为目的,基于MATLAB遗传算法对装夹位置进行了优化计算,确定了最优装夹位置。为航空接头结构件铣削加工中装夹位置对变形的控制提供了有效的方法。     

2219铝合金薄壁曲面拉伸件的变形与强化规律

为了研究拉伸成形2219铝合金薄壁曲面件的变形与强度分布规律,通过网格应变法和单向拉伸试验对曲面件各个区域的应变与力学性能进行测试,得到全域范围内的变形与强度分布规律。结果表明:等效应变分布在1%~15%范围,但瓜瓣曲面件有效区域的等效应变在7%~12%,变形较为均匀;屈服强度为312.8~346.9 MPa,抗拉强度为421~442.2 MPa;强度与变形量之间成正比例关系,抗拉强度和硬度皆随变形量增加而增大。所有测试数据表明拉伸成形的2219铝合金薄壁曲面件满足火箭燃料贮箱箱底的力学性能要求。     

大型环类锻件调质处理

采用更加细化的调质工艺,并通过改进装炉方式、分层摆放、增加辅助支撑点的方法,满足大型环类锻件高硬度、高均匀性的要求,有效减小变形量。     

基于ABAQUS的薄壁件装夹优选方案有限元分析

对在铣削过程中因装夹方案不同引起的框体类薄壁件整体变形的影响进行了研究.采用三维非线性动态有限元分析方法,对铣削过程中的薄壁件装夹方案进行了优选.刀具为三维造型,并以刚体形式导入ABAQUS软件,工件被定义为变形体,通过对有限元软件的操作,分别对装夹位置、装夹顺序和卸载方案三个因素在装夹过程中对框体类薄壁件产生变形的影响进行了模拟.提出了以最小加工变形为目标、装夹方案为设计变量的优化设计方案,对框体类薄壁件的加工变形控制提供了有效方案.     

大型薄壁构件激光焊接随焊压紧和焦点自动跟踪技术研究

为满足大型薄壁构件搭接焊接工艺对搭接间隙和焦点位置的要求,研制了一种具有随焊压紧和焦点自动跟踪功能的焊接技术及装置。通过电容传感器实时检测参考面的位置,结合信号处理系统及机床系统Z轴的补偿运动,完成对工件压紧力和焦点位置的闭环控制,实现了焊接过程中对薄壁构件的随焊压紧和焦点自动跟踪,避免了由于焊接变形和工件轮廓加工误差对焊接质量的影响。采用研制的焊接装置进行了焊接试验,达到了预期功能。