铣削加工中工件变形仿真预测方法研究

准确地数值模拟铣削加工过程,对控制工件加工变形、提高加工精度有实际的意义。基于热-机耦合弹塑性有限元方法,采用ABAQUS有限元仿真软件,创建了铣削加工过程的三维有限元模型,预测了工件在铣削力和铣削热耦合作用下的变形情况。研究结果表明,数值模拟计算与实验结果比较吻合,从而证明了该仿真预测方法的可行性与有效性。     

一种基于动力学分析的薄壁深腔零件加工变形仿真方法

为了提高薄壁深腔零件侧壁加工变形的预测精度,对铣削力引起的侧壁让刀误差进行了研究,提出一种基于动力学分析的薄壁深腔零件加工变形有限元动态仿真方法。该方法通过建立刀具动力学方程,求解其中关键参数、得到铣削过程中刀具任意点运动状态,并采用生死单元法对被切削材料进行去除。在计算铣削力时考虑刀具/工件挠度变形对铣削力的动态响应,计算获得考虑让刀反馈的铣刀瞬时切削厚度及总体铣削力,最终得到零件加工过程的实时变化规律,以及在此铣削力影响下工件侧壁的变形量。通过实验验证了仿真方法的准确性。     

基于加工特征的铣削力预测研究

航空发动机广泛采用钛合金薄壁结构,薄壁件在铣削加工过程中受铣削力的影响易于产生加工变形,影响加工质量。为减少加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的铣削力进行预测。为此,以Johnson-Cook本构方程为基础,考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削力的影响,建立了基于加工特征的钛合金Ti-6Al-4V铣削力预测模型。首先,利用UG/Open工具模块对UG软件进行二次开发,创建了零件加工特征知识库。然后,利用Deform-3D仿真软件对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂准则等进行描述,建立钛合金Ti-6Al-4V铣削加工有限元模型,对铣削力进行预测。铣削力实验证明了预测模型的可行性。最后,利用建立的有限元模型研究了工件曲率半径对铣削力的影响。结果表明,圆弧内轮廓铣削过程中的铣削力较大,圆弧外轮廓铣削过程中的铣削力较小。     

基于有限元仿真的细长导轨加工变形与误差补偿技术

细长导轨是一种典型的航空薄壁件,为解决局部刚度弱而产生的加工变形,提出了以铣削力的施加代替铣削过程模拟的误差补偿技术新方法,可以有效克服对大型工件进行铣削过程模拟的计算量大、求解时间长的问题。首先通过对刀具铣削样件进行Abaqus有限元仿真,获取三坐标方向铣削力并与经验公式对比验证,然后通过Abaqus脚本程序对采样点依次施加铣削力求取加工变形量,通过镜像误差补偿理论获取刀具补偿轨迹。试验表明,仿真计算获得的加工变形曲线与测量获得的加工变形曲线拟合的很好,采用刀具补偿轨迹加工后,工件的加工精度显著提高,变形量减少60%以上。     

零件结构形式对铣削加工变形的影响研究

在弹塑性理论的基础上,建立了三维铣削仿真加工变形场的有限元分析模型,利用"单元生死"技术仿真了加工过程中材料的去除.研究了零件结构不同,加工过程中毛坯初始残余应力的释放对加工变形的影响,通过仿真数据与试验数据相比较,结果表明,只要建立正确的三维有限元分析模型,完全可以实现对零件加工变形规律的预测;工件毛坯残余应力在铣削加工过程中对称释放有利用减小零件加工后变形.     

基于HyperWorks的匹配主模型的前盖模块铣削加工变形模拟

通过铣削加工现场加工情况的分析以及铣削力试验,建立有限元模型,基于有限元分析软件HyperWorks对试验工件和汽车前盖模块进行变形分析,获得加工时检测点的变形量和最大变形量,并通过试验验证分析方法的正确性,为匹配主模型铣削工艺改进提供理论依据和方法.     

基于材料内部残余应力释放的加工变形仿真实验研究

在弹塑性理论的基础上,建立了三维铣削仿真加工变形场的有限元分析模型,利用“单元生死”技术仿真了加工过程中材料的去除研究了零件在加工过程中因毛坯初始残余应力的释放而引起的工件加工变形规律设计了典型零件的数控加工变形试验,使用三坐标测量仪测量了每次材料去除后产生的变形通过仿真数据与试验数据比较分析,数据结果表明,只要建立正确的三维有限元分析模型,完全可以实现对零件加工变形规律的预测,从而制定出减小工件加工变形的合理加工工艺.     

航空铝合金7075-T7451薄壁件铣削加工模拟及变形预测

在考虑刀具变形、工件及刀具材料性能参数的基础上,建立了三维斜角切削力有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS6.8对航空铝合金7075-T7451材料进行了铣削仿真模拟,获得了切削力、工件变形情况、上层材料对下层材料切削力的影响、切屑形状与大小等规律。其次,针对航空铝合金7075-T7451材料铣削过程进行了切削试验,结果表明所提出的切削力有限元模型具有可行性,可以有效地预测薄壁件的铣削加工变形。     

日型薄壁零件铣削侧壁的变形仿真分析

针对铣削日型薄壁框体零件侧壁不同位置时的加工变形问题,通过立铣经验公式建立了静态铣削力预测模型.基于实际的铣削加工参数,应用ANSYS Workbench有限元软件设计了多组仿真试验,并运用控制变量法研究了在给定预测铣削力下各侧壁的变形规律.结果表明:切削位置接近固定约束端的变形最小,而自由边中间处的挠曲变形最大;零件...     

Cr12MoV切削加工物理仿真与试验研究

利用ABAQUS软件对Cr12MoV冷作模具钢的车削过程进行有限元仿真,模拟了切屑从局部剪切失稳到断裂的过程,预测了刀具与工件的温度,以及已加工表面的残余应力。通过Pro/E软件建立了球头立铣刀的三维CAD模型,在此基础上建立了球头立铣刀铣削加工Cr12MoV冷作模具钢的物理仿真模型,预测了球头立铣刀S形切削刃上的温度分布及切削力。在三轴数控加工中心上进行了球头立铣刀铣削凹圆弧工件的试验,并用KISTLER 9257B测力仪测量了铣削力。仿真得到的铣削力与实验测量得到的铣削力数据误差在15%以内,证明了所建立的铣削仿真模型是正确的。     

航天器X型整体壁板加工变形控制技术研究

针对航天器X型整体壁板在铣削过程中产生加工变形导致结构尺寸超差的问题，提出一种利用有限元仿真预估零件加工变形程度的方法来优化加工工艺方案。对壁板加工过程中的受力状态进行研究，给出了一种利用铣削轨迹获取各个方向铣削力的方法，并利用铣削力有限元仿真来预估整体壁板的加工变形程度。同时，根据优化后的工艺方案设计了分腔式真空吸附工艺装备。通过实例加工验证了该方法控制铣削变形的有效性。     

基于神经网络的铣削复杂薄壁件受力变形分析和建模研究

铣削过程的复杂性使加工变形问题很难得到精确的解析解。为研究铣削过程中复杂薄壁件受力变形模型,将人工神经网络引入到摆线轮加工变形模型研究过程中,以有限元仿真结果为依据,通过改进的BP神经网络算法,建立了高速铣削轴承钢摆线轮铣削力与变形之间的非线性映射模型。结果显示所建立的网络模型具有较高的精度和良好的泛化能力,为进一步实现变形控制提供科学依据。     

球头铣刀骨铣削力有限元建模与试验验证

在骨科手术中,铣削力对骨裂纹和加工表面质量影响较大。由于临床球形骨铣刀结构复杂,目前尚无有效的理论模型预测切削力。通过引入三维有限元模型模拟球形铣刀加工骨材料过程,评估不同加工参数下的铣削力值。搭建骨铣削试验平台模拟临床操作中的铣削过程,并利用采集到的加工信号分析铣削力。通过试验结果与仿真结果的对比,验证了有限元仿真模型的合理性。该骨铣削有限元模型能够满足不同加工参数下铣削力预测精度的要求,方便指导医生根据不同要求选择合适的加工参数。     

薄壁件铣削过程仿真与分析

针对薄壁件加工过程中易产生变形等问题，提出了利用有限元法对铣削过程进行三维仿真的方法，重点研究了LS-DYNA的动态接触算法，建立了薄壁件铣削加工的有限元模型，对工件变形及切削力的变化规律进行了分析。最后，利用分析结果对铣削参数进行调整与优化，可以减小工件变形，保证加工精度。     

薄壁件铣削技术研究

在航空航天工业中,薄壁件数控铣削是一种常见的典型加工。本文以薄壁件铣削加工过程为研究对象,完成了对薄板支架零件的数控加工工艺分析,建立了薄壁件加工变形的力学模型,应用有限元分析软件,建立了薄壁件铣削加工变形的模拟环境,总结了薄壁件铣削加工变形的规律,提出了薄壁件加工变形补偿的方法,并在Pro/E软件中生成了走刀路线。本研究成果为解决薄壁件铣削加工问题提供了一定的参考和依据。     

基于正交切削模拟的零件铣削加工变形预测研究

提出了基于正交切削模拟的零件铣削加工变形的预测方法,建立了三维铣削加工的有限元模型。基于正交切削加工模拟结果,利用铣削温度、铣削力的分析模型求解了三维铣削加工的瞬态温度和瞬态切削力,并将其作为动态载荷应用于三维切削加工的有限元模型,模拟了零件的三维铣削加工过程,预测了零件的变形。通过模拟结果与现场加工情况对比,证明该预测方法是行之有效的。     

航空薄壁件三维铣削过程的有限元仿真

铣削加工中铣削力是导致加工变形的直接原因,而航空薄壁件加工中,加工变形是加工误差产生的主要因素。通过有限元法对航空薄壁件的铣削过程进行三维仿真模拟,揭示了切削深度、切削速度以及摩擦因素对切削力的影响。     

高速铣削中铣削速度及背吃刀量对铣削力影响的有限元仿真

基于有限元软件ABAQUS平台,使用数值仿真技术,建立了高速铣削环境下45钢的二维等效简化有限元模型,重点研究了铣削过程中铣削速度和背吃刀量的变化对铣削力的影响,并通过实验验证了有限元模型仿真结果的合理性;用计算机辅助工程的方法解决了高速铣削过程中切削力难以确定的问题。     

Milling Force Model for Aviation Aluminum Alloy:Academic Insight and Perspective Analysis

Aluminum alloy is the main structural material of aircraft,launch vehicle,spaceship,and space station and is pro-cessed by milling.However,tool wear and vibration are the bottlenecks in the milling process of aviation aluminum alloy.The machining accuracy and surface quality of aluminum alloy milling depend on the cutting parameters,material mechanical properties,machine tools,and other parameters.In particular,milling force is the crucial factor to determine material removal and workpiece surface integrity.However,establishing the prediction model of milling force is important and difficult because milling force is the result of multiparameter coupling of process system.The research progress of cutting force model is reviewed from three modeling methods:empirical model,finite element simulation,and instantaneous milling force model.The problems of cutting force modeling are also determined.In view of these problems,the future work direction is proposed in the following four aspects:(1)high-speed milling is adopted for the thin-walled structure of large aviation with large cutting depth,which easily produces high residual stress.The residual stress should be analyzed under this particular condition.(2)Multiple factors(e.g.,eccentric swing milling parameters,lubrication conditions,tools,tool and workpiece deformation,and size effect)should be consid-ered comprehensively when modeling instantaneous milling forces,especially for micro milling and complex surface machining.(3)The database of milling force model,including the corresponding workpiece materials,working condi-tion,cutting tools(geometric figures and coatings),and other parameters,should be established.(4)The effect of chatter on the prediction accuracy of milling force cannot be ignored in thin-walled workpiece milling.(5)The cutting force of aviation aluminum alloy milling under the condition of minimum quantity lubrication(mql)and nanofluid mql should be predicted.     

基于ABAQUS/Explicit的AZ31b镁合金微铣削三维仿真研究

传统铣削仿真往往基于宏观建模而忽略了切削刃钝圆半径,对于微切削过程中出现的尺度效应以及最小切削厚度等特有现象无法进行准确描述,与实际加工差距较大。本文利用有限元软件ABQUS/Explicit对AZ31b镁合金材料微铣削过程进行三维变切削厚度仿真,采用ALE自适应技术控制网格畸变过大问题,进而获得了反映尺度效应的微铣削模型,并研究了主轴转速、铣削深度、每齿进给量对于铣削力的相关影响。