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- 铣削加工过程物理仿真及其在航空整体结构件加工变形预测中的应用研究
- 作者： 暂无 来源： 浙江大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： milling Machining monolithic temperature Coupled distortion Finite force Cutting simulation thermo mechanical system Cutting components NC analysis Physical element
- 描述： 整体结构件的数控加工变形是航空制造技术所面对的最突出问题之一，严重地阻碍了航空制造业的发展。因此，实现航空整体结构件数控加工变形的预测和控制具有重大的理论意义和工程应用价值。本文以加工变形预测为目标，采用理论分析、力学建模、有限元模拟和实验验证等手段，对航空整体结构件铣削加工过程物理建模与仿真关键技术进行了深入研究。 第一章阐述了论文研究的背景和意义，分别总结了切削加工过程物理仿真和航空整体结构件加工变形的国内外研究现状，提出了本文的研究目标、意义、内容和总体框架。 第二章在铣削加工机理理论分析的基础上，将复杂的铣削加工过程等效简化为基本的直角／斜角切削过程的组合。进而，通过正交直齿铣削实验，建立了硬质合金刀具切削加工航空铝合金7050-T7451过程中切削基本量与切削参数之间的经验公式，为后续铣削力和铣削热建模提供基本输入参数。 第三章基于刀齿微元化思想，建立了铣削力预报机械力学模型和统一力学模型。通过铣削力实验，对比研究了两种铣削力模型的预报精度和各自的优缺点，并间接验证了第二章所建立的切削基本量经验模型的正确性。 第四章在铣削加工热力学模型简化的基础上，分别针对直齿立铣加工和螺旋齿立铣加工，研究了热源强度解析计算、热载荷离散与动态施加等关键技术，建立了基于给定热源法的工件铣削温度场三维有限元模型，模拟得到单齿进给切削过程中工件温度场的动态变化过程。 第五章着眼于航空整体结构件数控铣削加工全过程动态物理仿真，架构和开发了数控铣削加工物理仿真原型系统，并深入研究了刀位轨迹文件解析、材料去除、动态铣削载荷施加、网格自适应及动态网格数据维护、接力计算方案等有限元建模与仿真过程自动化关键技术。 第六章借助数控铣削加工物理仿真原型系统，针对典型航空结构件整体加工变形和局部加工变形问题，分别建立了铣削加工过程有限元模型，预测了零件的加工变形，并通过实验验证了本文所采用的铣削加工全过程有限元建模策略的正确性和有效性。 第七章对全文的研究工作进行了总结，并对有待进一步研究的内容进行了展望。
- 钛合金航空整体结构件铣削加工变形的预测理论及方法研究
- 作者： 暂无 来源： 浙江大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： monolithic temperature Anneal Residual law mechanical Milling components Titanium analysis Machining stress Restart process Three simulation Material alloy Machining distortion Finite constitutive force Cutting Aerospace thermo cutting Cutting prediction Distortion dimension element distortion model Coupled
- 描述： 整体结构件的数控加工变形是航空制造业面对的最突出问题之一。钛合金材料具有优异的综合机械性能，在航空整体结构件中获得了大量的应用。但是由于钛合金切削加工中大的切削力、高的切削温度、小的弹性模量力学属性以及零件不均匀的初始应力分布，使钛合金整体结构件数控加工中的变形问题更加复杂，严重影响了钛合金航空整体结构件的生产效率和最终产品精度。本文在阐述航空整体结构件国内外加工研究现状、产生变形原因的基础上，采用实验研究、理论建模和有限元模拟分析相结合的方法，对钛合金航空整体结构件铣削加工变形的预测方法和加工变形规律进行了深入、系统的研究。 论文首先研究了钛合金铣削加工环境中的材料本构模型。根据正交切削理论建立了剪切区内应力、应变、应变率、温度以及二维切削力的数学模型，形成了以剪切区长度和厚度比值为迭代变量的建模技术路线。在动态压缩力学性能实验(SHPB实验)和直角铣削实验的基础上，通过对各变形参数的数学求解，建立了能够反映切削加工环境下大应变、高应变率和高温度特征的材料本构模型。 采用有限元模拟和实验两种手段研究了钛合金铣削加工中的切削力和切削温度。基于对实际加工特征的分析建立了螺旋双刃铣削加工有限元模型，研究了有限元模拟所必需的若干关键技术。利用该有限元模型分析了钛合金铣削加工中切削力和切削温度的周期变化规律，建立了切削力和切削温度曲线。同时在对切削力和切削温度实验详细设计和改进的基础上，测量了铣削过程切削力和切削温度曲线，分析了它们的数值及变化规律。有限元模拟和实验研究的一致性表明所建立的切削力和切削温度曲线是正确的。 基于热力学和弹塑性力学理论，采用准耦合分析方法模拟了退火热处理过程，建立了钛合金毛坯的三维残余应力场。采用剥层法和X射线衍射法相结合进行了钛合金毛坯残余应力测试，实验结果和模拟结果的一致性表明有限元模拟退火产生的残余应力是可信的。按照与实际零件几何尺寸和切割位置严格对应的原则，对模拟钛合金毛坯进行相应截取，获得了具有初始残余应力场的航空整体结构件数字化毛坯。 在建立材料本构模型、切削力和切削温度载荷以及毛坯初始残余应力场的基础上，通过分析航空整体结构件铣削加工特征，从转化刀具切削作用这一角度出发建立了钛合金航空整体结构件铣削加工的弹塑性热力耦合有限元模型。研究了铣削加工模拟所涉及的材料去除、切削载荷施加、铣削加工路径以及约束转换等关键技术，采用接力计算方法模拟了钛合金航空整体结构件铣削加工过程并对加工变形进行了预测。通过模拟分析毛坯初始残余应力、切削载荷及其耦合因素对航空整体结构件加工变形的影响规律，指出切削载荷是影响钛合金整体结构件加工变形的主要因素。 最后，通过与航空整体结构件铣削加工实验变形结果相比较，对本论文研究结论进行了验证，从而说明本论文研究的思路、方法是可行的，研究结果也是可靠的。