[发明专利]基于计算机仿真优化铝合金构件机加工序列的方法及计算机设备

说明书

本发明公开了基于计算机仿真优化铝合金构件机加工序列的方法及计算机设备，属于机加工技术领域，解决现有机加工过程中仿真结果的不可靠以及针对仿真结果工艺优化的不合理的问题。本发明的方法包括：获取构件坯料的材料参数；根据构件的工程图，获取构件坯料切割后的三维模型；对切割后的三维模型进行网格划分；对网格划分后的三维模型进行热处理仿真，获取热处理仿真后模型的应力场分布和变形场分布；对热处理仿真后的三维模型进行机加工仿真，获取机加工仿真后模型的应力场分布和变形场分布；根据机加工仿真后模型的应力场分布和变形场分布，利用遗传算法，获取优化的机加工序列。本发明适用于铝合金构件的机加工。

技术领域

本申请涉及机加工技术领域，尤其涉及基于计算机仿真优化铝合金构件机加工序列的方法及计算机设备。

背景技术

机加工是构件制造过程核心序段，是决定构件形位精度和服役效能的关键。考虑到坯料中残余应力的存在，机加工过程中材料去除的过程中会引起构件变形、从而对构件的机加工过程及其形位精度产生影响。机加工过程中材料去除次序、去除量等是影响残余应力释放及形变的关键因素，对构件形位精度有决定性的影响。在如航空/航天舱体壁板、风电轴承等大型复杂构件的制造过程中，由于坯材规格巨大、材料去除量大，因此残余应力释放及其变形响应尤为显著、对构件的形位影响也十分强烈。因此，在坯料性能保证的基础上如何通过改变机加工序列的设计来实现残余应力/变形的控制成为大型构件精密制造的基础。

要制定合理的机加工方案就需要掌握机加工过程中构件残余应力/形位变化。传统机加工制造中，因为零件变形随机、难于预测，其构件形位精度主要通过反复试错和装夹-重定位来保证。这一过程完全依赖操作者主观判断，既无量化依据、也无法考虑坯材特性的影响；此外，工程师们对于目标的决策也过于单一，无法同时对达到多个目标来进行定量的规划。针对该问题已有仿真分析工作开展，但既有的机加工仿真方法主要集中于机加工过程而对坯材残余应力的关注不足。同时，在现有的机加工仿真过程中，构件的应力/变形的遗传链条遭到破坏，因此也不能实现机加工变形的可靠预测。所以，由于加工序列优化进行变形控制的技术仅有初步发展，机加工过程中仿真结果的不可靠与针对仿真结果工艺优化的不合理是目前工件加工过程中科学地制定加工工艺流程的两个巨大挑战。以上两个挑战成为了降低零件制造成本、提高工件加工质量的瓶颈。

发明内容

本发明目的是为了解决现有机加工过程中仿真结果的不可靠和针对仿真结果工艺优化的不合理的问题，提供了基于计算机仿真优化铝合金构件机加工序列的方法及计算机设备。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一方面，提供一种基于计算机仿真优化铝合金构件机加工序列的方法，所述方法包括：

获取构件坯料的材料参数；

根据所述构件的工程图，获取所述构件坯料切割后的三维模型；

对所述切割后的三维模型进行网格划分；

根据所述材料参数，对所述网格划分后的三维模型进行热处理仿真，获取热处理仿真后模型的应力场分布和变形场分布；

根据所述热处理仿真后模型的应力场分布和变形场分布，对所述热处理仿真后的三维模型进行机加工仿真，获取机加工仿真后模型的应力场分布和变形场分布；

根据所述机加工仿真后模型的应力场分布和变形场分布，利用遗传算法，获取优化的机加工序列。

进一步地，所述材料参数包括但不限于：密度、热膨胀系数、比热容、热导率、弹性模量、泊松比和屈服强度。

进一步地，所述获取构件坯料的材料参数，具体包括：

测定密度、热膨胀系数、比热容、热导率、弹性模量、泊松比和屈服强度；

通过蠕变试验获得坯材蠕变本构关系；

通过热压缩实验获得坯材本构关系；