基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。     

飞机整体结构件加工变形的产生和对策

分析了整体结构件加工变形的产生机理。通过两个实例，说明了整体结构件已去除材料残余应力的释放和切削加工表面残余应力对工件变形的影响。提出了深冷处理消除毛坯残余应力、高速切削和切削加工工艺优化等抑制整体结构件加工变形的策略。针对整体结构件弯曲变形，提出了校正需要满足的基本曲率关系．     

后刀面磨损对加工表面残余应力的影响研究

残余应力是衡量加工表面质量的一项重要指标,切削过程中刀具后刀面磨损会对加工表面残余应力产生重要影响。以弱刚度高精度件齿圈为研究对象,研究后刀面磨损对残余应力的影响。设计了刀具磨损几何模型,建立了齿圈切削二维仿真有限元模型,通过仿真分析了不同后刀面磨损量条件下齿圈加工表面残余应力,得到了残余应力随后刀面磨损量的变化规律,并利用钻孔法测试了残余应力,结果表明,仿真数据可靠。     

飞机整体框类结构件铣削加工的模拟研究

针对航空整体结构件铣削加工变形的复杂制造问题，建立了三维铣削加工有限元模型。深入研究了材料模型、残余应力施加、动态切削载荷、材料去除等铣削加工模拟所涉及的关键技术．并详细论述了铣削加工模拟过程。应用该模型对某框类结构件进行了不同铣削顺序的加工模拟，通过零件变形模拟值与实验加工所得零件变形值的比较，证明该有限元模型可以实现对零件铣削加工变形规律的预测。     

切削用量对钛合金已加工表面残余应力的影响

为了得到切削用量对钛合金加工表面残余应力的影响,本文根据金属切削有限元分析相关理论,建立了三维斜角切削有限元模型,对钛合金Ti6Al4V的铣削加工进行了模拟分析,得到了切削速度和切削深度对工件加工表面残余应力的影响。由模拟结果得出:残余应力随切削速度的增大而逐渐增加,切削速度对加工表面残余应力的影响较大,同时随着切削速度的改变,表面残余应力层的厚度有上升趋势;残余应力在已加工表面外表面表现为拉应力,沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力;切削深度对残余应力及残余应力层的影响都较小。     

一种逐层切削法的残余应力动态测量实验研究

在航空整体结构件加工中,残余应力影响着零件尺寸的稳定性。为提高航空整体结构件加工质量,减少残余应力对加工变形的影响,需要准确分析板材内残余应力的分布规律。提出一种采用逐层切削法去除毛坯材料,利用动态应变测量技术测量残余应力释放引起的应变,从而获得材料内部残余应力大小和分布规律的方法。设计了测量实验方案,完成了数据采集和数据分析,得到残余应力的三维分布规律,同时获得残余应力释放的速度变化规律。     

航空结构件数控加工变形及其控制策略

航空结构件加工变形直接影响了结构件的高效、高精加工,这也是航空结构件加工制造所面临的挑战。在对航空结构件分类的基础上分析了航空结构件数控加工变形的机理,指出残余应力、切削力与切削热、工件装夹条件、切削走刀路径等直接影响了数控加工变形。对航空结构件数控加工变形实施控制,具体措施为控制残余应力、优化加工参数、优化走刀路径和优化装夹布局等,为航空结构件数控加工变形控制提供参考。     

AM60镁合金超精密车削残余应力的有限元分析

为改善AM60镁合金精密零件加工工艺方法,对镁合金精密零件的超精密加工进行微米级仿真研究。采用解析和有限元仿真法,利用Advant Edge软件进行车削加工模拟,得到刀具参数和切削参数对已加工表面残余应力的影响规律,并建立加工材料残余应力经验模型。结果表明:切削力对残余应力的产生起主导作用,随着切削参数的改变,切削温度变化不明显,对残余应力的影响较小。仿真结果满足制造精度要求,为提高镁合金精密工件的质量和性能打下了理论基础。     

7050铝合金切削参数对表面残余应力影响的仿真分析

运用有限元软件AdvantEdge对7050铝合金材料进行了切削加工仿真模拟,采用单一变量法得到了工件表面残余应力与切削温度随切削参数改变而发生变化的规律。结果表明:工件表层为残余压应力,亚表层为残余拉应力,切削参数对最大残余应力所在深度影响较小,进给量对工件表面的残余应力影响最大,切削速度次之,背吃刀量最小,切削温度随着切削参数的改变也呈现出一定的规律。     

残余应力对航空整体结构件加工变形的影响分析

基于理论计算和有限元模拟,研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变形的影响,对单向 应力作用的矩形截面梁在剥层过程中的变形挠度值进行了求解。结果表明,理论解与有限元计算值是一致的。面 向工程应用,采用ABAQUS有限元软件模拟了残余应力对隔框类整体结构件加工变形的影响,并进行了试验验证。 有限元仿真结果与试验数值非常吻合。最后,根据工件加工变形的有限元模拟结果,提出了提高整体结构件制造 精度的工艺措施。     

金属切削加工过程的有限元模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及状态非线性问题。基于材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型。采用有限元仿真技术,对所建立的模型进行了有限元分析,得到了剪切角,并分析了切削深度和刀具前角对残余应力的影响,从而指导加工中工艺参数的选择,提高零件的加工质量。     

有限元仿真在金属切削加工中的应用

有限元仿真是研究金属切削过程和切屑形成过程的有效方法.以铝合金7050为例,详细描述两种金属切削加工的有限元模型:正交切削模型和斜角切削模型,以及有限元模型建立过程中的一些关键技术如:刀屑界面间的摩擦,工件的材料本构模型和切屑分离标准.利用这两种有限元模型可以分别得到加工表面的残余应力分布趋势和切屑的几何形状,也可以预测低刚度结构件的让刀误差.分析表明:有限元仿真可以进行切削参数优化和刀具几何形状的优化,以改善加工表面的质量.     

残余应力作用下的航空整体结构件加工变形仿真

铝合金预拉伸板在成型过程中会产生较大的残余应力,在切削过程中毛坯的初始残余应力的释放对整体结构件的宏观变形有重要的影响。在弹塑性力学的基础上,综合运用Hypermesh和ABAQUS建立残余应力单因素作用下的三维铣削仿真加工变形场的有限元模型,利用生死单元技术模拟了材料的去除,分析了铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律。并且运用Hypermesh提高了有限元前处理的速度,解决了复杂模型的残余应力加载困难与单元去除困难的问题。     

面向加工变形控制的航空整体结构件拓扑优化设计方法

在毛坯制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续的高速切削加工过程中,随着材料的大量去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。当初始残余应力水平及状态一定时,随着从毛坯上去除材料切削成形为不同的零件结构,零件变形会表现出不同的形式。因此,研究零件变形与零件结构形式之间的关系对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,通过铝厚板的材料去除等效为残余应力的释放,利用弯曲变形理论建立铝厚板厚度方向上加工变形的解析分析模型及有限元分析模型。通过航空企业现场加工、测试零件后可知：加工变形的解析值、仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,解析值与仿真值完全吻合,而两者与实验值之间仅存在不到10%的幅值误差。其次,为了使得加工变形达到最小,构建以结构体积为约束的拓扑优化设计模型,通过利用一系列凸显式子问题逼近目标和约束函数,构建拓扑优化模型的MMA求解技术。最后利用所提出的优化方法计算出C919直梁件的结构,优化前、后的加工变形分别为22.02 mm与0.7414 mm,在相同的材料去除量情况下,通过优化结构可以使得加工变形减小96.63%。     

7075-T651铝合金车削表面残余应力模拟及参数优化

采用有限元软件对7075-T651铝合金干切削过程进行模拟,获得在不同影响因素下的工件表面残余应力值。然后对仿真结果进行方差分析,得到切削速度、进给量和背吃刀量对工件表面残余应力的影响情况,并通过线性回归方法建立切削表面残余应力的数学模型。建立以较小残余压应力和最大材料去除率为目标函数的双目标优化模型,应用matlab多目标遗传算法工具箱对模型进行寻优求解,获得优化后的铝合金车削的切削参数,为其在实际切削加工中选择合理的切削参数提供了参考依据。     

不锈钢切削表面残余应力的模拟

建立了正交切削有限元模型,结合热弹塑性理论,利用有限元软件的Lagrange显式程序模拟了切削过程,研究了切削速度、切削厚度、刀具几何参数对AISI 316L钢已加工表面残余应力分布规律的影响,并对比实验结果验证了模型的可行性.     

铝合金铣削残余应力的研究进展

随着航空航天和汽车工业的发展,铝合金因其优良的性能得到了广泛应用,但铝合金铣削时出现的加工变形问题日益突出。铣削过程中产生的残余应力是导致加工变形的主要原因,相较于传统试验方法,有限元模拟仿真研究残余应力具有省时省力、节约成本的优点,更能获知应力场、应变场、温度场等重要信息,因此采用有限元技术对切削加工进行数值仿真将是未来研究铝合金结构件变形问题的大趋势。本文阐述了近年来国内外有限元模拟铣削过程的研究进展,总结了不同条件下对铣削铝合金残余应力的分析及研究成果。     

面向7B04铝合金壁板的残余应力分析与变形控制

分析毛坯初始残余应力释放与再平衡的关系与模型,通过裂纹柔度法测量和推导7B04铝合金毛坯板材残余应力分布状态,基于其应力曲线分布特征,应用ABAQUS有限元仿真法预测壁板零件的加工变形趋势,结合试件实际工况下加工变形情况,验证毛坯残余应力对零件加工变形的影响,提出优化零件在毛坯中的位置或适当增加毛坯厚度的方式控制零件加工变形;同时,应用X射线衍射法测量零件加工过程中表面残余应力状态,从而优化切削参数和刀具路径以减小切削加工引入的残余应力。     

基于ABAQUS的小孔钻削加工仿真

研究了小孔径深孔钻削加工过程中切削参数对零件变形及残余应力的影响,旨在获得不同切削参数下切削力和残余应力的变化规律。对钻削加工工艺分析的基础上,利用 ABAQUS有限元仿真软件,选择合适的材料模型和失效准则,设定多组切削参数,建立零件的三维钻削模型进行仿真。结果表明,根据仿真结果可优选合适的切削参数,并预测切削力,这为钻削的实际生产提供更直接的理论依据。     

基于ABAQUS的小孔钻削加工仿真（英文）

研究了小孔径深孔钻削加工过程中切削参数对零件变形及残余应力的影响,旨在获得不同切削参数下切削力和残余应力的变化规律。对钻削加工工艺分析的基础上,利用ABAQUS有限元仿真软件,选择合适的材料模型和失效准则,设定多组切削参数,建立零件的三维钻削模型进行仿真。结果表明,根据仿真结果可优选合适的切削参数,并预测切削力,这为钻削的实际生产提供更直接的理论依据。