提高薄壁件内孔加工精度的方法

<正>1问题分析由于薄壁件结构形状复杂,相对刚度较低,故加工工艺性差。本文根据企业加工实际情况(被加工零件如图1所示),提出一种解决薄壁件内孔车削加工变形的方法,从而提高了薄壁件内孔的加工精度。     

低刚性零件的加工方式与工艺参数选择

随着技术的发展为了提高零件强度和工作可靠性,越来越多的零件采用整体毛坯件和整体薄壁结构。材料大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。结构复杂的薄壁件、沟槽、加强筋等,工艺刚性较差。结构特点是薄壁结构,形状复杂,外形变斜角变化大,外形多为双曲面,要求成形精确。     

钢安全壳吊具分配器结构设计优化

钢安全壳模块具有质量大、体积大、易变形等特点,对钢安全壳吊具分配器的设计提出了挑战。文中基于环梁形结构对钢安全壳吊具分配器的结构进行了优化,主要考虑径向加强筋、主吊板加强筋以及去除低应力区域材料对结构应力、结构刚度和结构自重等指标的影响。分析表明径向加强筋从整体上提高了结构的强度和刚度,主吊板加强筋改善了结构的应力分布,去除低应力区域材料,降低了结构自重。最终推荐综合采取以上三项优化措施来开展工程项目中的设备设计。     

航空薄壁件加工动态特性及控制

薄壁件广泛应用在航空航天领域,然而由于薄壁件刚度较低,加工过程中容易产生振动,因此加工质量很难保证。本文建立薄壁件加工过程的力学模型,并得出刚度是影响其质量的主要原因;针对薄壁件刚度较低的特性,提出一种应用水射流辅助支撑薄壁件切削加工的新型方法,该方法可以有效提高薄壁件的加工刚度,减小薄壁件加工过程中产生的振动变形误差。     

薄壁箱型结构仿真与实验稳定性分析

文中以单节薄壁箱型结构为研究对象,针对不加筋和加筋2种结构形式,利用ANSYS特征值屈曲分析和实物试验对其进行稳定性研究,得到了加筋前后薄壁结构的极限失稳载荷和屈曲形态。仿真与试验结果都表明,加强筋的设置显著提高了薄壁箱型结构的极限失稳载荷,是一种非常有效的提高薄壁结构稳定性的方法。特征值屈曲分析得到的屈曲形态与试验比较一致,可方便快速地为加强筋的形状和位置优化提供理论依据。     

机床轻量化结构单元特征研究与静态性能分析

研究10类典型机床结构特征,提出了机床轻量化结构单元的概念.将支承件结构内部单元分为箱体类单元、壁板类单元、加强筋类单元以及工艺类单元4大类.对各类单元进行结构特征分析,归纳出4类单元类型型谱,并分别对铸造单元和焊接单元工艺特征进行描述.以含有壁板类单元的某立式加工中心立柱为研究对象,运用有限元分析法对其不同单元的参数化模型进行静态性能分析,结果发现内部结构为井字形单元的立柱静态性能最好.单元特征研究及其对支承件静态性能分析成果为支承件轻量化设计和优化设计奠定了基础.     

动梁龙门加工中心横梁结构设计与优化

横梁结构设计的品质在很大程度上决定了动梁龙门加工中心的刚度和强度性能;横梁结构中加强筋的设计与布局直接影响横梁的静/动态特性。基于有限元法对动梁龙门加工中心的横梁进行静/动态分析,获得了横梁在极端工况下的变形情况以及横梁结构的前六阶固有频率与振型。结果表明,十字形加强筋难以满足实际工作要求,因此将加强筋结构改成米字形,使横梁的变形量减少了20.265%,一阶模态频率提高了4.405%,表明该优化设计方法合理可行,为横梁的结构设计提供了理论依据。     

基于等刚度条件的薄壁结构的一种材料替代轻量化设计分析方法

通过对板壳结构有限单元的弯曲应变能和膜应变能进行分析,得到一个采用不同材料的薄壁结构的刚度之间的近似解析关系式。将其与结构刚度的有限元计算分析过程相结合,提出一种不同材料但等刚度的薄壁结构的迭代设计方法和材料替代轻量化分析方法。分析得到的薄壁结构关于板壳的弯曲应变能占总的应变能的比例  的等刚度曲线,可用于直观地评价材料替代得到的等刚度结构的轻量化效果,可指导薄壁结构的轻量化设计。分析表明,材料替代对薄壁结构刚度的影响不仅与材料的弹性特性和板壳厚度相关,还与给定载荷下结构的  参数相关。对于铝板替代钢板的薄壁结构设计问题, 越高,则等刚度铝板结构的轻量化效果越明显。通过对一个悬臂薄壁钢板曲梁结构和一个典型车身接头结构的材料替代设计和轻量化分析,验证了提出的设计、分析方法的有效性和结论的正确性。     

航空制造业对数控机床的需求

<正> 由于航空产品零部件的形状结构复杂、材料多种多样、加工精度要求严格,航空制造领域一直是先进技术高度密集的行业之一。航空产品零件制造的复杂性主要体现在以下几个方面:通常带有复杂的理论外形曲面、纵横交错的加强筋结构、厚度较小的薄壁结构等,不仅形状复杂,而且孔、空穴、沟槽、加强筋等多,工艺刚性较差;现代飞机具有长寿命、高可靠性要求,这使零件表面的质量控制要求更为严格;零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高;为了提高零件强度和工作可靠性,     

基于灵敏度数的薄板结构加强筋布局优化设计

提出了一种启发式的加强筋生长设计方法,加强筋从给定初始点出发,沿着使结构性能最优的方向生长和分枝,同时删除对结构性能贡献小的加强筋,逐步形成最优的加强筋布局。设计过程中,以单元的相对密度为设计变量,以单元灵敏度数作为判断加强筋单元生长和删除的准则。使用Python语言编写了基于ABAQUS的优化设计程序,利用ABAQUS进行有限元求解和前处理。为验证所提方法的有效性,以最大化结构整体刚度为设计目标,对几种典型结构进行了加强筋设计,并与现有文献中的设计结果进行了对比。     

Computer simulation and experimental study of machining deflection due to original residual stress of aerospace thin-walled parts

Aerospace thin-walled parts have a complex structure and high accuracy. Factors such as original residual stress, fixing, and machining may make low-rigidity parts deform easily, which is difficult for traditional craftwork to forecast and control. Especially in machining big aerospace parts, original residual stress has a great effect on machining deflection. In this paper finite element model of original residual stress is established to analyze the corresponding deflection by machining aerospace thin-walled parts. Simulation results are validated consistent with experimental results approximately. At last the paper puts forward the corresponding mend methods to control the deflection caused by original residual stress during the actual machining process.     

钛合金薄壁微铣削精度研究现状与发展趋势

随着航空、航天、船舶等工程领域对具有薄壁结构的钛合金零件需求的不断提高,加工效率相对较高且适用于曲面等复杂几何形状制造的微铣削加工方法在钛合金薄壁加工中获得了广泛的应用。然而由于其刚度较低,在微铣削加工钛合金薄壁时极易产生工件变形、失稳和振动等问题,并导致加工精度的下降。为此从理论建模、有限元仿真和试验测量三个方面分析了国内外弱刚度金属薄壁微铣削技术研究的现状。相关研究表明,在加工过程中对薄壁变形进行准确预测对于薄壁微铣削加工误差补偿模型的建立与薄壁加工精度的提高具有重要意义。并指出,在获得数学规律的基础上对薄壁微铣削加工变形和该变形对加工精度造成的影响之间蕴含的物理关系仍有待进一步的研究。     

高温合金薄壁盘复杂零件加工变形控制方法

薄壁盘由于材料刚性较差等原因难以确保零件加工精度，容易引起变形，对此，提出了高温合金薄壁盘复杂零件加工变形控制方法。分析零件加工过程中产生的变形因素，包括夹装方式、刀具性能参数、工件自身因素、机床定位精度不够以及温度控制不佳等；确立所有工序历史误差源集合，生成误差传递矩阵，构建变形误差源诊断模型；针对不同误差源，提出针对性控制方法，通过最小二乘多项式拟合算法计算让刀误差，并对其补偿；通过有限元分析法建立工件几何模型，设立刚度控制函数，弥补工件自身缺陷；针对机床定位精度和温度分别设计控制函数，实现零件加工变形的综合控制。实验结果表明，所提方法明显减少了零件加工变形现象，保证了切削力平稳，提高了零件质量。     

基于Rayleigh-Ritz法的钛合金薄壁件非均匀余量加工变形控制研究

为减小钛合金薄壁件切削加工过程中的变形,提出了一种新型的非均匀余量设计策略。建立了基于Rayleigh-Ritz法的薄壁件铣削加工变形预测数学模型,提出了离散化的余量体积单元设计思路并完成了工件的非均匀余量设计,最后对比分析了不同余量设计策略对薄壁悬臂结构件加工变形的影响。研究结果表明：所提出的基于Rayleigh-Ritz法的离散余量体积单元非均匀余量设计策略对工件自身刚度利用率高,表面加工误差分布一致性好,且对控制最大表面加工误差具有更优的效果。     

夹具拘束下大型薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊接变形特性

采用应力分区映射法对大型薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊接工艺进行了仿真计算,并通过实验验证了该方法的计算精度,从机理上分析了搅拌摩擦焊接的变形行为,在此基础上研究了不同夹具拘束对不同尺寸的大型薄壁结构焊接变形的影响规律。结果表明,夹具释放前,焊接件存在的沿厚度方向的应力梯度是导致搅拌摩擦焊接薄板纵向翘曲变形的根本原因;对于一般的焊接件,拘束距离较小的约束方式可以有效地抑制焊接变形;随着焊接件长度的增大,其焊接变形明显增大,装夹位置对焊接变形的影响效果更加明显。     

实时振动数据驱动的薄壁件平铣工艺参数自适应优化

为减小加工振动对薄壁件平铣（端面盘铣）加工质量及效率的影响,提出一种实时铣削振动数据驱动的平铣工艺参数自适应优化方法。首先根据再生效应原理建立薄壁件平铣颤振稳定性模型。其次将薄壁件平铣过程中前一个工步内的实测振动数据分为若干段,以此模拟其材料去除过程,对各段铣削振动数据进行分析,由有限元单位力法和优化STD法分别识别出薄壁件刚度和各材料去除阶段模态频率及阻尼比,并由此导出薄壁件单模态频响函数,将其代入颤振稳定性模型求解稳定域叶瓣图并做插值处理后即可确定包含材料去除信息的薄壁件三维颤振稳定域叶瓣图。基于此,以避免铣削颤振、共振和满足机床性能要求为约束条件,以材料去除率最大为目标,利用遗传算法计算薄壁件下一个工步较优的工艺参数,如此循环进行,直到完成薄壁件加工。最后,通过某型飞机垂尾薄壁装配界面平铣试验验证该方法的可行性和有效性。由试验结果可看出,采用优化后的加工工艺参数,能使薄壁装配界面粗加工过程表面粗糙度从Ra 3.2提升为Ra 1.6,加工效率提高33%。     

Effects of tool diameters on the residual stress and distortion induced by milling of thin-walled part

Residual stress has a sustained impact on the deformation of thin-walled parts after processing, raising the strict restrictions required in their using procedure. In general, with regard to thin-walled parts, different processing parameters will affect the distortion and residual stress generation of the workpiece, which play the key role in the machining. However, controlling the material removal rate is also quite critical to machining of thin-walled parts. In order to reach these goals, based on the relation between residual stress and uncut chip thickness (UCT), a method is proposed by optimizing the milling tool diameters. The research finding reveals that, by improving the tool diameter, at the same circular position, smaller UCT can be achieved. In addition, take 6 and 12 mm tool diameter as analysis cases; larger tool diameter can reduce the residual tensile stress distribution significantly (the ratio ranges from 13.9 to 34.7 %) and improve the material removal rate. Moreover, a typical thin-walled part is evaluated using different tool diameters (6 and 12 mm) by experiments, as the final distortion can be decreased by 60 % with 12-mm tool diameter. The distribution of machined surface and subsurface residual stress is turning to be more uniform. Hence, it proves that, under the goals of maintaining machining accuracy and material removal rate, also improving the distribution of residual stress, it is possible to achieve by controlling the UCT (tool diameters) in the processing of thin-walled. All these findings can help to enhance the milling precision of thin-walled parts, as well as control and optimize the residual stress distribution.     

Pipe crack identification based on finite element method of second generation wavelets

In this paper, a new method is presented to identify crack location and size, which is based on stress intensity factor suitable for pipe structure and finite element method of second generation wavelets (SGW-FEM). Pipe structure is dispersed into a series of nested thin-walled pipes. By making use of stress intensity factor of the thin-walled pipe, a new calculation method of crack equivalent stiffness is proposed to solve the stress intensity factor of the pipe structure. On this basis, finite element method of second generation wavelets is used to establish the dynamic model of cracked pipe. Then we combine forward problem with inverse problem in order to establish quantitative identification method of the crack based on frequency change, which provides a non-destructive testing technology with vibration for the pipe structure. The efficiency of the proposed method is verified by experiments.     

大倾斜角薄壁结构激光近净成形实验研究

针对复杂装备零件的快速成形及修复问题，提出了一种在激光束与垂直方向之间设置预设夹角的方法，开展了不同预设夹角下无支撑倾斜薄壁结构的成形实验，研究了倾斜薄壁结构的大角度成形机理，给出了预设夹角范围的选择依据，以实现无支撑大倾斜角薄壁结构的成形。研究结果表明：成形过程中无支撑熔融粉末发生坍塌是导致最终成形结构形貌及角度成形精度不高的主要原因；当设定的预设夹角使得激光束与倾斜薄壁结构之间的夹角小于30°时，成形得到的无支撑倾斜薄壁结构形貌良好且实际倾斜角度与设计角度较吻合。给定工艺条件下，采用预设夹角的方式，最终成形得到了倾斜角度约为60°的倾斜薄壁结构，突破了激光近净成形方法成形无支撑倾斜薄壁结构的倾斜极限，成功获得了三元叶片样件。