[发明专利]一种控制框类工件加工变形的模拟方法

说明书

本发明提供了一种控制框类工件加工变形的模拟方法。所述方法包括以下步骤：建立待加工坯料的第一有限元模型；按照预设工序对所述第一有限元模型进行成形和性能优化模拟，得到第二有限元模型，并获取所述第二有限元模型的初始残余应力场；根据预先确定的影响加工变形量的因素水平建立正交表格，并依据所述正交表格对所述第二有限元模型进行多次模拟加工，得到多个模拟结果；基于模拟结果，确定与最小变形量相对应的开槽方式、开槽尺寸和加工顺序的组合为最优加工方案。本发明综合考虑了“初始残余应力场、凹槽的开槽方式和开槽尺寸、加工工艺顺序”对加工变形量的影响，通过有限元模拟方法确定与最小变形量相对应的最优加工方案。

技术领域

本公开涉及铝合金板铣削加工技术领域，尤其涉及一种控制框类工件加工变形的模拟方法。

背景技术

航空整体结构件具有尺寸大、结构复杂、材料去除率高、薄壁部位多、刚性差等特点，在机加工后，零件常会出现弯曲、扭曲、弯扭等变形，使得零件难以达到设计要求，甚至成为废品。航空整体结构件的加工变形问题己成为困扰航空工业的关键技术难点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制框类工件加工变形的模拟方法指导铝合金框类工件的机加工，以达到抑制铝合金框类工件加工变形的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种控制框类工件加工变形的模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)、建立待加工坯料的第一有限元模型；

步骤(2)、按照预设工序对所述第一有限元模型进行成形和性能优化模拟，得到第二有限元模型，并获取所述第二有限元模型的初始残余应力场；

步骤(3)、根据预先确定的影响加工变形量的因素水平建立正交表格，并依据所述正交表格确定的加工方案对所述第二有限元模型进行多次模拟加工，得到多个模拟结果，每个模拟结果对应一个加工方案；所述模拟结果包括成形模拟模型和变形量的分布数据，所述因素水平包括用于释放应力的凹槽的开槽方式和开槽尺寸、以及所述框类工件的加工顺序，所述开槽方式基于所述初始残余应力场确定；

步骤(4)、基于所述变形量的分布数据，确定与最小变形量相对应的开槽方式、开槽尺寸和加工顺序的组合为最优加工方案。

在一种具体的实施方式中，所述步骤(2)包括：

按照预设的工序对所述第一有限元模型进行成形和性能优化模拟，得到第二有限元模型；

基于有限元法计算得到所述第二有限元模型的基础残余应力场；

按照预设的工序对所述待加工坯料进行成形和性能优化，得到加工前坯料；

采用X射线衍射法或盲孔法，测定所述加工前坯料5～10个部位的表面残余应力得到测定的数值；

以所述测定的数值修正所述基础残余应力场，得到所述第二有限元模型的所述初始残余应力场。

在一种具体的实施方式中，所述开槽方式包括开槽数量和开槽方向，基于初始残余应力的大小确定所述开槽数量，基于初始残余应力的方向确定所述开槽方向。

在一种具体的实施方式中，所述开槽方式还包括开槽位置，所述待加工坯料为多个边框首尾相连围成的封闭的框体，多个所述边框包括具有第一宽度的第一边框和具有第二宽度的第二边框，所述第一宽度大于所述第二宽度，所述开槽位置包括在所述第一边框的一侧或两侧开设多个所述凹槽。

在一种具体的实施方式中，所述待加工坯料具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述第一边框的两侧均开设多个凹槽时，定义自所述第一表面向内凹陷的凹槽为第一凹槽，自所述第二表面向内凹陷的凹槽为第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽的槽底相对设置。

在一种具体的实施方式中，所述步骤(3)中模拟加工的步骤为：