航空铝合金薄壁件铣削变形预测研究

铝合金比强度较高,广泛应用于航空航天、精密仪器和武器等行业,这些行业的零件多是薄壁件,其刚度较差,加工过程中易产生变形而使加工精度降低。为提高薄壁零件加工精度,需对其加工过程中的变形量精确预测。基于此,以J-C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变形的影响,建立薄壁零件铣削变形量预测模型。利用UG软件建立铝合金7050-T7451薄壁特征工件。利用Deform-3D对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂等进行描述,形成铣削加工有限元模型,对铣削变形量进行预测。进行薄壁件铣削试验,对比仿真预测结果与实验测量结果,证明了预测模型的可行性。     

高速切削Ti-6Al-4V绝热剪切带应变、应变率有限元模拟研究

塑性金属材料高速切削过程中存在绝热剪切行为,绝热剪切带内的应变、应变率分布规律是研究高速切削绝热剪切带特性的基础。首先,应用有限元软件ABAQUS/Explicit建立Ti-6Al-4V热-位移耦合平面应变二维切削模型,工件材料采用Johnson-Cook(J-C)本构模型,基于J-C失效判据设置切屑和工件分离准则,实现对Ti-6Al-4V的切削过程仿真。其次,对比分析有限元仿真与切削实验获取的切屑形貌,验证有限元模型的准确性。最后,分析Ti-6Al-4V高速切削绝热剪切带处应变、应变率变化规律。结果表明:切削速度在180~3 000m/min范围内,随切削速度提高,切屑绝热剪切带内的应变、应变率先增大后趋于稳定,绝热剪切带变形程度增加直至韧性断裂。研究结果有助于准确预测绝热剪切带的断裂并揭示其演化机制,通过利用材料的绝热剪切行为,可控制高速切削过程中的切屑形态,改善Ti-6Al-4V的切削加工性。     

铣削力预测方法和影响因素综述

为减少航空发动机薄壁件铣削加工过程中的加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的切削力进行预测。因此,综述了多远回归分析预测模型、微元铣削力预测模型、有限元预测模型和人工神经网络预测模型,并对切削用量、刀具几何参数、工件材料、冷却作用、刀具材料和刀具磨损对铣削力的影响进行了分析。     

高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切削力仿真研究

切削力对工件的机械加工性和刀具磨损有重要的影响。基于有限元仿真技术,针对钛合金Ti-6Al-4V高速铣削力进行数值仿真,重点研究切削参数对铣削力的影响规律。结果表明:随着每齿进给量和径向切深的增加,切削力有不同程度的增加;随着轴向切深的增加,切削力呈正比增加趋势,但主轴转速对铣削力影响并不明显。分析结果为钛合金Ti-6Al-4V高速铣削加工工艺参数优化奠定了基础。     

医用钛合金切削加工中切屑变形机理研究

在分析医用钛合金材料Ti-6Al-4V特性的基础上,首先从理论上阐明了钛合金切削加工的切屑变形机理,然后采用试验研究方法,从切屑变形系数ξ与刀具前角γ0的关系、显微组织结构特征两方面对切屑变形机理进行深入研究,发现钛合金Ti-6Al-4V高速切削时切屑变形的主要特征是集中剪切滑移;切屑变形系数ξ随刀具前角γ0的增大而减小,在保证切削刃强度的前提下,增大刀具前角可改善钛合金的切削性能;同时Ti-6Al-4V钛合金的典型（α-β）相金相组织使其成为难切削加工材料,应积极采取措施减少其给切削加工带来的不利因素。     

考虑材料损伤演化的钛合金切削过程仿真及试验研究

为更精确地模拟钛合金的切削过程,将断裂力学的裂纹扩展能量理论作为材料损伤演化准则引入切削仿真,考虑刀具切屑接触面上的极限剪切应力随摩擦系数变化、摩擦系数随温度变化,建立了钛合金Ti-6Al-4V二维正交热力耦合切削仿真模型。通过钛合金车削试验及切屑金相观察试验对有限元模型进行验证,结果表明仿真的切削力、锯齿切屑形态与实验结果吻合程度较高。以该有限元模型为基础,分析了已加工表面的残余应力,预测了前角对切屑卷曲与损伤程度、剪切角、锯齿形状、刀具温度的影响。     

高强度螺栓高温条件下预紧力松弛的有限元模拟

为了研究高温条件下高强度螺栓预紧力的松弛特性,螺栓材料分别选用40Cr合金钢和Ti-6Al-4V钛合金。应用ABAQUS有限元软件建立装配体模型,定义了材料的本构模型和装配体各部件之间的接触,分析了常温预紧力状态下及高温条件下螺栓的受力及变形。分析结果表明,在高温条件下,Ti-6Al-4V钛合金预紧力松弛现象明显好于40Cr合金钢,Ti-6Al-4V钛合金高强度螺栓比40Cr合金钢螺栓拥有更高的强度和更好的延展性。得出的结论可为高温条件下高强度螺栓的材料选用提供理论依据。     

高速铣削高锰钢的铣削力模拟与试验研究

基于正交自由切削的切削力解析法原理,采用大变形有限元法及热弹塑性本构方程建立了高速铣削加工的有限元模型,对难加工材料高锰钢ZGMn13进行了高速铣削加工过程的模拟研究,模拟了切屑的形成过程及探讨铣削力的分布.并结合大量的铣削试验,分析了高速铣削高锰钢过程中铣削力受切削参数的影响及其变化规律.仿真结果与试验数据吻合,验证了所建立的有限元模型的正确性,可对铣削力随进给速度的变化规律进行有效地预测.     

基于铣削力的机油泵盖铣削变形分析

针对薄壁零件铣削加工中的变形问题,基于铣削力经验公式模型,结合UG、HYPERMESH和ABAQUS等软件,建立了2A12铝合金机油泵盖的有限元分析模型,并进行了铣削变形有限元模拟和分析研究,获得了机油泵盖的基本变形规律,为进一步研究和控制薄壁件加工变形提供依据。     

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。     

基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析

基于有限元理论和热力耦合模型的研究,通过讨论切削过程中的关键技术,主要包括切削加工有限元方程的建立：构件材料的Johnson-Cook本构模型;切屑分离准则;材料断裂准则;接触摩擦模型;切削热的产生和分布;残余应力的分析和切削力的比较分析等,建立了二位金属切削过程模型,通过采用粘结．滑移摩擦模型,有效地模拟了航空钛合金的切削加工过程,对此类材料加工的切削力、切屑温度以及应力场和应变的分布进行了分析。     

薄壁件铣削加工中的铣削力仿真分析

为了研究薄壁件铣削加工过程中的铣削力分布规律,在对铣削加工模型分析基础上,针对材料为45#钢的薄壁零件,采用商业有限元软件ABAQUS建立能够反映实际状态的三维铣削模型,并进行模拟,获得铣削力曲线和应力、应变分布情况。为验证仿真结果的可行性,采用与有限元模型相同的条件进行实验并获得铣削力实验数据,对比表明:铣削力的模拟结果与实验结果能够较好的吻合。分析结果表明:所建立的薄壁零件三维铣削有限元模型是可行的,其对铣削力和薄壁零件加工变形预测具有重要意义。     

基于载荷控制的拐角铣削进给优化*

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。     

薄壁工件铣削加工变形的预测

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加工变形预测及试验验证,仿真结果与试验数据吻合较好。     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响

利用金相显微镜、X射线衍射仪和SEM对置氢Ti-6Al-4V合金材料微观组织及切屑形貌进行了观察分析,通过室温压缩实验测试置氢钛合金力学性能,探讨了置氢Ti-6Al-4V组织、力学性能与切屑形态之间的联系,研究了置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响.结果表明:氢含量为0.6wt%时,钛合金置氢炉冷后组...     

2A12铝合金机油泵盖的铣削变形分析及控制策略

针对薄壁零件铣削加工中的变形问题,基于UG、Hypermesh和ABAQUS软件,建立了2A12铝合金机油泵盖的有限元分析模型,进行了铣削变形有限元模拟和研究,获得了机油泵盖变形的基本规律。针对机油泵盖变形过大问题,对夹具进行了改进,改进后的模拟结果表明效果良好。进行实际加工实验,实验结果表明:有限元模拟得出的变形量趋势及位置和实测的大致上吻合,可以认为铣削力经验模型及铣削变形有限元模拟可靠,为进一步研究控制薄壁件加工变形方案提供了依据。     

钛合金薄壁框架铣削变形控制技术研究与应用

钛合金薄壁框架结构呈弱刚性,加工精度高,加工过程中易产生铣削变形和装夹变形,所以对加工工艺的要求极高。为了提高钛合金薄壁框架的加工质量,控制加工过程中产生的铣削变形和装夹变形,通过分析切削三要素、刀具路径、工件结构、工艺系统刚度、残余应力对铣削变形的影响,分析工艺装备对装夹变形的影响,制定了优化切削三要素和刀具路径、增加工件刚性和工艺系统刚性、减少工件残余应力等控制铣削变形和装夹变形的措施,并应用在钛合金薄壁框架加工中。加工结果表明,采取上述控制措施,可减小钛合金薄壁框架的铣削变形,提高加工质量。     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载-卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

铝合金航空薄壁框铣削变形预测研究

铝合金航空薄壁框刚性差,铣削加工过程中极易产生加工变形,影响工件加工精度和生产成本。本文利用有限元方法,模拟分析了铣削力对航空薄壁框类零件加工变形的影响,从控制航空薄壁框铣削加工变形的角度出发,分析了不同框体尺寸航空薄壁框的铣削应力与加工变形情况,得到了加工变形规律。本研究可为预测和控制航空薄壁框类零件的加工变形提供方法和依据,对航空薄壁框类零件的结构设计、缩短研制周期和进一步提高生产率等都具有重要意义。     

钛合金薄壁件相关铣削力模型的试验研究

采用五因素—五水平正交实验法对钛合金薄壁件进行铣削试验,对铣削力进行极差分析,同时分析加工参数对铣削力的影响;建立钛合金薄壁件铣削力模型,同时验证了模型的准确性,为后续的钛合金薄壁件理论和试验研究提供了基础。