航空框类整体结构件铣削加工变形研究

为了揭示结构件数控加工的变形机理,提出了基于有限元的航空整体框类结构件铣削加工过程仿真方法.通过将零件的加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息,采用建立的有限元模型对双面框类结构件进行了铣削加工过程的数值模拟.数值模拟综合考虑了材料毛坯初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.在同样条件下进行了加工实验,实验结果与模拟结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的正确性.研究表明,数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法,可正确预测零件的加工变形.     

框类整体结构件铣削加工顺序的有限元模型

为了控制尺寸大、形状复杂的航空框类整体在铣削加工时产生的变形,建立了铣削加工时的变形场和温度场的有限元模型.在深入研究残余应力施加、动态切削载荷、约束转换等铣削加工模拟关键技术的基础上,采用热力耦合模式进行了求解.利用该模型对整体框类结构件进行了奇偶铣削、偶奇铣削和顺序铣削三种加工顺序的有限元模拟.结果表明,三种模拟结果中奇偶铣削加工得到的结构件的变形最小.该模型对三种加工顺序的模拟结果与试验结果一致,可用于预测整体结构件的加工变形.     

基于物理学的铣削过程仿真关键技术

为了预测零件加工变形，基于铣削加工有限元理论，构建了基于物理学的铣削加工过程仿真环境，研究了刀位轨迹离散、材料去除、网格自适应生成及动态网格数据维护等关键技术的处理.针对刀具的每次进给运动，系统自动检测刀具和工件毛坯网格相交的区域，通过网格自适应求精、粗化和删除以及有限元分析计算，模拟真实的铣削加工过程.该仿真环境可综合考虑加工参数、刀具路径等因素对零件加工变形的影响，优化加工工艺，保证加工精度.     

航空腔型薄壁件铣削变形的预测

针对应用在飞机中的腔薄壁件刚性差、极易产生加工变形,从而导致加工精度难以保证的问题,采用三维有限元方法,对在铣削力和初始残余应力场作用下的航空薄壁框类零件的加工变形进行了分析计算,得到了其加工变形规律。最后通过铣削试验验证了得到的变形规律的正确性,本研究可为预测和控制航空腔薄壁零件的加工变形提供方法和依据。     

航空薄壁框类零件铣削加工表面质量研究

刀具-薄壁深腔框类零件是一个弱刚性系统,在铣削力作用下,刀具及框类零件的薄壁结构发生挠曲,出现欠切与过切,从而使加工厚度产生偏差,严重影响工件加工精度和表面质量.首先介绍铣削力的计算方法,在此基础上研究刀具弯曲、壁板挠曲对加工表面质量的影响.采用有限元法依次计算任意加工点处刀具及壁板的刚度,推导铣削薄壁框类零件时厚度偏差的计算,提出极限铣削力概念.通过数值算例,研究减小加工偏差的方法,提高航空薄壁零件加工精度.     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

航空框类零件加工动态夹紧力确定有限元分析

针对目前航空框类零件加工中夹紧力的确定主要凭经验，加工变形难以控制的难题，采用有限元数值计算方法，通过相应模型的建立和求解，揭示摩擦力及切屑去除对夹紧力确定的影响，以降低夹紧力对工件加工变形的影响.在有限元模型中利用生死单元技术模拟切屑去除；用弹簧和阻尼单元表示工件与夹具的接触,确定工件在动态载荷作用下的夹紧力.研究结果表明，随着刀具位置不同，夹具与工件接触处反力也随之发生变化，为保证工件的定位基准及减小工件的变形应根据刀具位置的不同及工件刚度的变化不断调整夹紧力.     

航空框类零件加工动态夹紧力确定有限元分析

针对目前航空框类零件加工中夹紧力的确定主要凭经验，加工变形难以控制的难题，采用有限元数值计算方法，通过相应模型的建立和求解，揭示摩擦力及切屑去除对夹紧力确定的影响，以降低夹紧力对工件加工变形的影响．在有限元模型中利用生死单元技术模拟切屑去除；用弹簧和阻尼单元表示工件与夹具的接触，确定工件在动态载荷作用下的夹紧力．研究结果表明，随着刀具位置不同，夹具与工件接触处反力也随之发生变化，为保证工件的定位基准及减小工件的变形应根据刀具位置的不同及工件刚度的变化不断调整夹紧力．     

静态铣削力作用下的薄板大变形有限元分析

随着对航空产品性能要求的进一步提高,现代航空工业中广泛使用整体薄壁结构零件.针对薄壁类零件刚性差,在加工过程中很容易发生大变形的情况,对薄壁件的大变形问题进行了研究分析.在冯卡曼方程的基础上,建立了在静态铣削力作用下,薄板大挠度的微分平衡方程和悬壁板的边界条件,并通过有限元软件ANSYS10.0对薄板的大变形进行了分析计算.在计算过程中,分别考虑了切削力、切削位置(x和Y方向)以及板厚对于薄板大变形的影响,结果表明:必须选择合适的切削参数,以保证零件的加工精度和加工质量,从而提高零件的加工效率.     

基于ABAQUS的航空7075铝合金切削二维仿真

针对切削过程理论分析和实际模拟仿真所遇到的问题,分析讨论在模拟金属仿真切削过程中材料的本构模型、失效模型、切屑的分离准则和热力耦合等关键性技术,并利用大型通用有限元仿真软件ABAQUS对7075铝合金切削进行二维切削仿真,模拟得到切削仿真过程中切削力、切削热、应力应变.结果表明:有限元仿真与实际切削加工中的理论相符;利用有限元的方法模拟切削仿真可靠实用.有限元模拟方法得到的各种结果为航空铝合金的切削加工的工艺参数优化、刀具优选和工艺规划奠定了基础,同时也为进一步有效控制整体结构变形提供了新的研究手段.     

Machining Deformation Prediction of Thin-Walled Part Based on Finite Element Analysis

For the problems of machining distortion and the low accepted product during milling process of aluminum alloy thin-walled part, this paper starts from the analysis of initial stress state in material preparation process, the change process of residual stress within aluminum alloy pre-stretching plate is researched, and the distribution law of residual stress is indirectly obtained by delamination measurement methods, so the effect of internal residual stress on machining distortion is considered before finite element simulation.Considering the coupling effects of residual stress, dynamic milling force and clamping force on machining distortion, a three-dimensional dynamic finite element simulation model is established, and the whole cutting process is simulated from the blank material to finished product, a novel prediction method is proposed, which can availably predict the machining distortion accurately. The machining distortion state of the thin-walled part is achieved at different processing steps, the machining distortion of the thin-walled part is detected with three coordinate measuring machine tools, show that the simulation results are in good agreement with experimental data.     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.     

薄壁板高速铣削加工过程中的让刀误差预测

为了研究薄壁工件在铣削加工过程中的让刀误差以及获得使让刀误差较小的优化铣削参数，以薄壁板为例，在进行高温拉伸试验和高速压缩试验获得材料力学性能的基础上，建立了薄壁板铣削过程的热力耦合有限元模型.通过模拟螺旋立铣刀与工件材料之间相互的物理作用，获得了铣削力的变化曲线和铣削热的分布，同时得到了在刀具与工件之间物理作用下壁板随刀具的旋转与进给运动而产生的让刀变形，从而得到了薄壁板在铣削过程中的最大让刀误差.根据该有限元模型的结果可以优选薄壁件铣削用量，优化刀具几何形状，弥补让刀变形.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

切削加工过程的仿真方法研究与实现

为提供虚拟的加工环境和验证工艺设计的正确性,对切削加工过程的计算机仿真方法进行了研究,以OpenGL作为图形支持系统,用VC++开发了切削加工仿真系统。该系统实现了车、铣、刨、磨等多种加工方式的仿真,可对刀具运动和材料切出情况进行实时监控,且可通过工艺参数(如切削速度、进刀量等)对切削过程进行控制,并能自动计算和优化切削时间、成本等参数。系统界面友好,操作方便,运行可靠,能有效地帮助工艺人员对整个加工过程进行直观的评估和验证。     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

制造过程关键工艺环节的有限元仿真分析

目前生产中工艺规程的制定大都建立在经验或实验的基础上 ,许多工艺环节无法进行定量计算、产品质量难以保证 ,针对这一制造难题 ,将有限元技术引入工艺过程的分析计算 .研究了切削力对薄壁零件加工变形的影响 ;建立了切削加工过程中 ,因材料去除引起毛坯初始残余应力释放与再分布 ,导致工件产生加工变形的有限元分析模型 ,并进行了实验验证 .根据有限元模拟分析结果 ,提出了相应提高工件制造精度的工艺措施