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铝合金薄壁件加工变形仿真技术研究

铝合金薄壁件加工变形仿真技术研究

作者：王朋沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

航空铝合金薄壁件结构复杂,加工精度要求高,且由于刚性较差,在切削加工过程中易产生加工变形问题,影响零件的装配和使役性能。本文结合仿真和试验,对铝合金薄壁件的加工变形问题进行研究。首先,为了研究毛坯初始残余应力对7075铝合金薄... 详细信息

航空铝合金薄壁件结构复杂,加工精度要求高,且由于刚性较差,在切削加工过程中易产生加工变形问题,影响零件的装配和使役性能。本文结合仿真和试验,对铝合金薄壁件的加工变形问题进行研究。首先,为了研究毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件加工变形的影响。利用ABAQUS顺序耦合热应力分析对铝合金薄壁回转结构件的淬火过程进行研究,得到毛坯的初始残余应力,并进行了毛坯的初始残余应力测量试验,再用有限元方法仿真了加工过程,并进行切削试验。结果表明,毛坯初始残余应力对7075铝合金薄壁回转结构件的加工变形有着显著的影响。其次,为了研究不同加工顺序对7075铝合金悬臂类薄壁件加工变形的影响。用有限元法对左右对称、分层对称、阶梯对称和金字塔对称四种不同加工顺序过程进行仿真。结果表明,金字塔对称的加工方法变形量最小。最后,利用切削仿真软件AdvantEdge建立了二维铣削加工仿真模型,对铣削力和铣削热进行了分析,铣削试验测得的铣削力与仿真结果误差较小,验证了有限元模型的准确性。通过正交试验选出最优的铣削工艺参数和控制铣削力、铣削温度的最佳组合,然后研究了单因素参数对铣削力和铣削温度的影响。结果表明,主轴转速对铣削力的影响较小,铣削力随每齿进给量、铣削宽度、铣削深度的增大而升高,因此在铣削7075铝合金时,应采用较高的主轴转速,较低的进给量、铣削深度和铣削宽度。主轴转速、每齿进给量、铣削宽度对铣削温度影响较大,铣削深度对铣削温度影响很小。

关键词：铝合金薄壁件加工变形残余应力有限元仿真参数优化

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铝合金薄壁件铣削加工残余应力仿真方法研究

铝合金薄壁件铣削加工残余应力仿真方法研究

作者：陈树梁四川大学

学位级别：硕士

铝合金因其密度小、强度高、硬度高等优良性能,成为了航空薄壁构件的主要材料,但是铝合金薄壁构件因其刚度低、壁薄、弹性模量小等特点很容易产生翘曲变形,其中残余应力是引起薄壁构件变形的主要因素。另外有限元仿真由于其高效、经济... 详细信息

铝合金因其密度小、强度高、硬度高等优良性能,成为了航空薄壁构件的主要材料,但是铝合金薄壁构件因其刚度低、壁薄、弹性模量小等特点很容易产生翘曲变形,其中残余应力是引起薄壁构件变形的主要因素。另外有限元仿真由于其高效、经济等优点已经成为了研究薄壁构件残余应力的常用方法,但目前有限元仿真在铝合金薄壁件残余应力的应用上还存在精度低、效率慢等问题。因此研究和优化有限元仿真在铝合金薄壁件残余应力领域的应用来提高仿真效率和仿真精度对于指导实际加工、减少薄壁构件变形具有重要意义。本文以7075铝合金薄壁件为研究对象,对铝合金薄壁件残余应力相关仿真进行了研究。首先对铝合金预拉伸板的初始残余应力的有限元仿真方法进行了优化;然后对铣削过程的相关机理进行了研究;其次优化了等效平面法,将三维铣削仿真转化为二维斜角切削仿真来降低仿真时间成本;最后通过有限元仿真模拟了铣削加工最终加工表面的残余应力分布。主要研究内容如下:(1)在铝合金预拉伸板初始残余应力的仿真中,将铝合金预拉伸板淬火和拉伸过程的材料屈服强度和弹性模量的变化考虑进来,利用温度阈值体现材料屈服强度的变化,通过仿真软件的二次开发功能将每个网格单元的弹性模量设置成温度和塑性变形的函数体现材料弹性模量的变化。通过验证发现:优化后的仿真方法很好地降低了仿真误差,并能正确地预测铝合金预拉伸板残余应力的变化趋势。(2)首先阐述了金属铣削加工和有限元仿真在铣削领域的基本原理;然后分析了铣削加工过程刀刃的轨迹,得到了单次刀刃铣削厚度的变化规律,并建立了单次刀刃铣削过程的三维仿真模型。然后分析了铣削仿真中应力场、温度场、加工残余应力以及切削力等参数的变化和分布规律,为接下来的研究提供了依据和参考。(3)等效平面法可以用二维正交切削仿真近似等效三维切削仿真来减少仿真时间。研究和优化了等效平面法在铣削仿真中的应用。首先建立了等效平面刀具参数与主截面刀具参数之间的转换模型,并对工件的切削厚度、基体厚度、比热和摩擦系数等参数也进行了等效处理,优化了等效平面法;其次建立了二维铣削仿真和三维铣削仿真切削力之间的转换模型;通过对比仿真实验进行了验证,发现优化的等效平面法能有效地减小了二维模型与三维模型的仿真误差,其中,刀具与工件接触区域的最大温度误差从9.63%降低到了0.29%,工件基体的温度分布也得到了显著改善。(4)针对铝合金薄壁件铣削残余应力仿真误差大或者计算时间久的问题,将铣削区域分解为多个铣削层进行分析,并结合Arbitrary Lagrange-Euler的仿真方法对铝合金薄壁件铣削加工过程进行建模得到最终加工表面的残余应力。首先在前面研究得到的刀刃轨迹基础上分析了最终加工表面的形成过程以及铣削层的分布规律;然后对靠近加工表面的铣削层区域的塑形应变深度进行仿真分析,得出影响加工表面残余应力分布的主要是最靠近加工表面的两个铣削层的结论;最后基于这两个铣削层建立了加工表面残余应力的仿真建模,发现仿真得到的加工表面残余应力的分布与理论分析较为吻合,提供了一种针对铣削加工表面残余应力的仿真思路。

关键词：铝合金薄壁件有限元仿真残余应力等效平面法切削力转换模型

铝合金薄壁件铣削变形模型及其残余应力的研究

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铝合金薄壁件铣削变形模型及其残余应力的研究

作者：王晓燕中南大学

学位级别：硕士

摘要：在新一代飞机中,大量采用整体结构件,整体结构件具有尺寸大、壁薄、加工精度要求高等特点,加工变形是其制造中存在的突出问题之一,而初始残余应力是引起加工变形的主要因素,加工变形直接影响生产进度和质量,而应力影响构件的使用... 详细信息

摘要：在新一代飞机中,大量采用整体结构件,整体结构件具有尺寸大、壁薄、加工精度要求高等特点,加工变形是其制造中存在的突出问题之一,而初始残余应力是引起加工变形的主要因素,加工变形直接影响生产进度和质量,而应力影响构件的使用寿命,因此开展铝合金整体结构件残余应力变化及铣削变形研究具有重大现实意义。本文首先介绍了课题的研究背景以及国内外研究现状,并对研究方法和研究内容进行了论述。第二,利用弹性力学理论,研究了具有双向残余应力的板材在铣削加工后的变形行为,建立含构件铣削前后曲率变化参数的变形预测模型。利用构件铣削前后曲翘变形挠度作为铣削变形量评估参数,并用有限元方法验证了整层铣削件变形模型的准确性。第三,基于Marc,在Patran界面上开发了铝合金厚板残余应力分析系统,实现了铝合金厚板残余应力分析的参数化和自动化。第四,建立了铝板铣削加工有限元模型,获得了铣削过程中框类零件残余应力变化规律和初始残余应力、铣削率引起的构件底面曲翘变形挠度值,通过回归获得了铣削变形预测模型中的铣削前后曲率变化参数。最后,通过模拟实验,分析了框类件残余应力的分布情况,验证铣削率及框槽数对铣削变形的影响情况,并验证了铣削变形模型的合理性,并分析其误差来源。图89幅,表17个,参考文献70篇。

关键词：铝合金薄壁件铣削率残余应力铣削变形

面向铝合金薄壁件高精度内螺纹加工的挤压丝锥设计与实验研究

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面向铝合金薄壁件高精度内螺纹加工的挤压丝锥设计与实验研究

作者：王建文上海交通大学

学位级别：硕士

螺纹挤压加工作为一种先进的螺纹制造技术,能够实现工件螺纹高效率、高精度加工,还能实现工件螺纹的疲劳性能强化,显著提升工件螺纹机械强度和连接性能,被广泛应用于飞机、高铁、汽车发动机等工作过程需承受变载荷、高负载的装备关键部... 详细信息

螺纹挤压加工作为一种先进的螺纹制造技术,能够实现工件螺纹高效率、高精度加工,还能实现工件螺纹的疲劳性能强化,显著提升工件螺纹机械强度和连接性能,被广泛应用于飞机、高铁、汽车发动机等工作过程需承受变载荷、高负载的装备关键部件螺纹制造。现今国内外相关研究多为面向航空制造所用高强度钢的螺纹挤压加工过程机理与工艺优化研究,而针对汽车发动机制造业中的铝合金薄壁件螺纹挤压加工刀具设计及工艺优化研究成果较少。本文面向汽车发动机箱体类零件生产线中的螺纹挤压加工,以提升生产线螺纹加工质量和刀具性能为目标,对铝合金薄壁件高精度内螺纹加工用的挤压丝锥开展系统的优化设计与实验研究,主要包括:(1)结合汽车发动机缸盖/阀体生产线螺纹加工工况,基于Deform-3D进行A356铝合金M6螺纹挤压加工仿真,求解刀具载荷等过程变量。结合螺纹加工实验数据修正仿真模型材料本构方程和摩擦条件参数,提升仿真准确性。基于螺纹挤压加工载荷微元法建模,将仿真模型等效简化,基于Matlab编程实现螺纹成型仿真载荷等效计算,提高仿真效率。(2)基于正交试验设计和Deform-3D螺纹挤压仿真,获得多组不同刀具结构参数下的加工载荷仿真数据。结合响应曲面法进行刀具载荷多元回归建模预测,分析刀具结构参数对螺纹挤压过程刀具扭矩和轴向力的影响规律。(3)面向加工过程刀具寿命提升和加工能耗降低,结合粒子群优化算法进行刀具结构参数优化设计。面向螺纹加工精度要求,基于仿真试验建立螺纹成型尺寸回归模型,反求底孔尺寸范围。考虑汽车发动机箱体类零件的薄壁易变形特点,分析螺纹挤压加工弹性变形误差,并进一步控制螺纹精度。(4)基于所优化的挤压丝锥开展铝合金工件螺纹挤压加工实验,分析加工过程刀具载荷、加工能耗及螺纹成型尺寸精度,验证刀具设计和工艺优化结果的有效与准确。

关键词：铝合金薄壁件螺纹挤压加工挤压丝锥有限元仿真刀具优化设计

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铝合金薄壁件高速铣削尺寸精度的试验研究

工具技术 2011年第5期45卷 60-61页

作者：孙燕燕曹慧波李跃沈阳汽车工业学院鞍钢集团矿业公司技工学校鞍钢集团矿业公司大孤山球团厂

通过铝合金薄壁件高速铣削的正交试验,对加工尺寸精度的测量结果进行了分析,总结了铣削参数对工件尺寸精度的影响规律,并确定了铣削参数的选用原则。

关键词：高速铣削尺寸精度铝合金薄壁件铣削参数

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铝合金薄壁件装夹变形分析和控制

机械研究与应用 2020年第5期33卷 56-57,64页

作者：邓吟杨昌林景玲重庆红宇精密工业有限责任公司重庆402760

由于铝合金薄壁零件刚性差,在制造过程中受夹具夹紧力的影响,容易产生变形,从而导致零件的加工稳定性差,加工难度大,严重影响产品的加工质量。以自动变速箱油泵盖为研究对象,建立有限元计算模型,进行铝合金薄壁件静结构强度仿真分析,根... 详细信息

由于铝合金薄壁零件刚性差,在制造过程中受夹具夹紧力的影响,容易产生变形,从而导致零件的加工稳定性差,加工难度大,严重影响产品的加工质量。以自动变速箱油泵盖为研究对象,建立有限元计算模型,进行铝合金薄壁件静结构强度仿真分析,根据计算结果选择最优的装夹方式,优化夹具,为铝合金薄壁件的装夹方式优化提供了理论依据。

关键词：铝合金薄壁件夹持变形有限元装夹方式

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外形复杂的高精度铝合金薄壁件加工工艺

金属加工（冷加工） 2024年第1期 59-61页

作者：高茂洋常星星张卫刘洋安徽天航机电有限公司安徽芜湖241000

基于外形复杂的高精度铝合金薄壁件难加工特性,优化加工工艺,合理安排热处理、冷加工和电火花线切割工序,形成了表面质量可控的工艺路线,提高了加工质量和加工效率。

关键词：铝合金薄壁件材料特性加工难点热处理冷加工电火花线切割

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刍议铝合金薄壁件铣削加工精度控制

内燃机与配件 2021年第16期 117-118页

作者：李锋开封技师学院开封475000

随着科学技术的快速发展以及生产力的不断提高,航空航天等行业领域发展迅速,其对产品结构件的性能提出了更高要求,而铝合金薄壁件因其具有较高的导电、导热、耐腐蚀、比强度高等性能而被广泛应用在航空航天领域。本文通过简析铝合金薄壁... 详细信息

随着科学技术的快速发展以及生产力的不断提高,航空航天等行业领域发展迅速,其对产品结构件的性能提出了更高要求,而铝合金薄壁件因其具有较高的导电、导热、耐腐蚀、比强度高等性能而被广泛应用在航空航天领域。本文通过简析铝合金薄壁件,分析影响铝合金薄壁件铣削加工精度的因素,研究铝合金薄壁件铣削加工精度控制实验,提出加强铝合金薄壁件铣削加工精度的路径探索,以帮助人们正确认识和科学设计铝合金薄壁件加工工艺,并对薄壁件加工过程中的变形情况进行精准预测,从而有效提高铝合金薄壁件铣削加工精度。

关键词：铝合金薄壁件铣削加工精度控制

Aquatensid BW淬火剂在波音飞机铝合金薄壁件中的应用

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金属加工（热加工） 2021年第3期 72-76页

作者：于成功卢刚冯双芹穆强中航沈飞民用飞机有限责任公司辽宁沈阳110169

35℃条件下Aquatensid BW淬火剂的浓度越高,黏度也越大。从500℃开始测量不同浓度的淬火剂冷却速率,其冷速变化为v_(水)>v_(5%)>v_(10%)>v_(15%)>v_(22%)。规格为1mm的2024和7075铝合金板材及波音飞机典型零件在浓度为10%~15%的Aquatens... 详细信息

35℃条件下Aquatensid BW淬火剂的浓度越高,黏度也越大。从500℃开始测量不同浓度的淬火剂冷却速率,其冷速变化为v_(水)>v_(5%)>v_(10%)>v_(15%)>v_(22%)。规格为1mm的2024和7075铝合金板材及波音飞机典型零件在浓度为10%~15%的Aquatensid BW淬火剂中进行淬火时变形量较小。当Aquatensid BW淬火剂的浓度为10%及15%时,2024(T42)及7075(T62)铝合金的拉伸性能及硬度值最优,并且包铝层的扩散最少,所有的性能均满足波音规范要求。厚度为1mm的铝合金零件使用Aquatensid BW淬火剂进行淬火时,推荐使用的浓度为10%~15%。

关键词： Aquatensid BW淬火剂铝合金薄壁件变形量力学性能