一種預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工變形的技術(shù)，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展，航空航天已成為高精尖技術(shù)密集的行業(yè)。鋁合金薄壁 或框架類整體構(gòu)件被越來越廣泛的應(yīng)用于航空航天、武器裝備、精密儀器等行業(yè)，零件精度 的要求也不斷提高。鋁合金薄壁構(gòu)件受坯材殘余應(yīng)力以及機(jī)加工殘余應(yīng)力影響，易產(chǎn)生很 大的加工變形，加工變形是航空航天結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)所面對(duì)的最突出問題之一。隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算鋁合金薄壁構(gòu)件加工過程中的變形成為目前科研技術(shù)開發(fā) 和研究的重要途徑，但由于機(jī)加工過程復(fù)雜，很難通過對(duì)鋁合金薄壁構(gòu)件的整個(gè)機(jī)加工過 程進(jìn)行模擬的方式來預(yù)測(cè)機(jī)加工產(chǎn)生的形變量，且計(jì)算量很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決由于機(jī)加工過程復(fù)雜且計(jì)算量大，導(dǎo)致難以用計(jì)算機(jī)對(duì)鋁合金 薄壁構(gòu)件的整個(gè)機(jī)加工過程進(jìn)行模擬來預(yù)測(cè)機(jī)加工形變量的問題，從而提供一種預(yù)測(cè)鋁合 金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量的方法。
[0004] 本發(fā)明所述的一種預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量的方法，該方法包括 以下步驟：
[0005] 步驟一：采用裂紋柔度法對(duì)鋁合金坯材的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，獲取鋁合金坯材的 殘余應(yīng)力沿深度方向的分布，對(duì)所述殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行擬合；
[0006] 步驟二：采用XRD (X射線衍射）殘余應(yīng)力測(cè)試法獲得鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工的表 層殘余應(yīng)力沿深度方向的分布，對(duì)表層殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行擬合；
[0007] 步驟三：采用新的表層殘余應(yīng)力〇即等效表層殘余應(yīng)力的分布代替步驟二得到 的擬合后的表層殘余應(yīng)力的分布，所述新的表層殘余應(yīng)力的分布與步驟二得到的擬合后的 表層殘余應(yīng)力對(duì)中性面的彎矩相同，
[0008] 等效表層殘余應(yīng)力的分布為：
[0012] 式中歹的數(shù)值大小等于機(jī)加工的表層殘余應(yīng)力對(duì)中性面的等效作用力，σ _hine為 步驟二中擬合后的表層殘余應(yīng)力；
[0013] 步驟四：建立鋁合金薄壁構(gòu)件的ABAQUS有限元模型，將步驟一得到的擬合后的鋁 合金坯材的殘余應(yīng)力通過SIGINI子程序文件輸入到ABAQUS有限元軟件，去除機(jī)加工過程 中需要去除的部位；
[0014] 步驟五：將步驟三中的等效表層殘余應(yīng)力σ施加到ABAQUS有限元模型中，茂分 布在層深為d的表層單元，計(jì)算由于鋁合金坯材的殘余應(yīng)力釋放和機(jī)加工表層殘余應(yīng)力共 同作用下的構(gòu)件的形變量。
[0015] 上述步驟一中對(duì)殘余應(yīng)力分布的擬合采用拉格朗日多項(xiàng)式函數(shù)實(shí)現(xiàn)；
[0016] 拉格朗日多項(xiàng)式函數(shù)為：
[0018] 式中z'為歸一化的厚度；
[0019] 鋁合金坯材的殘余應(yīng)力σ '沿厚度方向的分布擬合為：
[0021] 式中A1為擬合系數(shù)。
[0022] 上述步驟二中對(duì)表層殘余應(yīng)力分布的擬合采用拉格朗日多項(xiàng)式函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0023] 上述步驟四中去除機(jī)加工過程中需要去除的部位采用生死單元法實(shí)現(xiàn)。
[0024] 本發(fā)明所述的一種預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量的方法，測(cè)試坯材的 殘余應(yīng)力和鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工的表層殘余應(yīng)力，用等效表層殘余應(yīng)力的分布代替表層 殘余應(yīng)力的分布，將坯材的殘余應(yīng)力輸入到ABAQUS有限元軟件，去除機(jī)加工過程中需要去 除的部位，將等效表層殘余應(yīng)力σ施加到ABAQUS分析模型，計(jì)算由于還材的殘余應(yīng)力釋放 和機(jī)加工表層殘余應(yīng)力共同作用下的鋁合金薄壁構(gòu)件的形變量，從而可以預(yù)測(cè)鋁合金薄壁 構(gòu)件機(jī)加工的形變量，本發(fā)明可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量，很大程 度的減小預(yù)測(cè)的計(jì)算量，可以針對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的變形規(guī)律進(jìn)行分析，優(yōu)化機(jī)加工參數(shù)，采用本 方法進(jìn)行預(yù)測(cè)的誤差最大僅為13%。
【附圖說明】
[0025] 圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的一種預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工產(chǎn)生的形變量的 方法的原理框圖。
[0026] 圖2是【具體實(shí)施方式】五中的210x100x20mm的2Α14-Τ6鋁合金坯材的殘余應(yīng)力及 擬合的坯材的殘余應(yīng)力分布圖。
[0027] 圖3為【具體實(shí)施方式】五中的兩種銑削方式的示意圖，通常構(gòu)件在銑削過程中的銑 削區(qū)域可分為兩種，一種是側(cè)壁的銑削，A代表側(cè)壁區(qū)域，一種是平面區(qū)域的銑削，B代表平 面區(qū)域，分別測(cè)試這兩種銑削方式的表層殘余應(yīng)力。
[0028] 圖4為【具體實(shí)施方式】五中的A的機(jī)加工表層殘余應(yīng)力分布及其擬合曲線圖。
[0029] 圖5為【具體實(shí)施方式】五中的B的機(jī)加工表層殘余應(yīng)力分布及其擬合曲線圖。
[0030] 圖6為【具體實(shí)施方式】五中的預(yù)測(cè)的鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工變形的分布圖，C代表 底面。
[0031] 圖7為【具體實(shí)施方式】五中的底面機(jī)加工變形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0032] 一：參照?qǐng)D1具體說明本實(shí)施方式，一種預(yù)測(cè)鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加 工產(chǎn)生的形變量的方法，該方法包括以下步驟：
[0033] 步驟一：采用裂紋柔度法對(duì)鋁合金坯材的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，獲取鋁合金坯材的 殘余應(yīng)力沿深度方向的分布，對(duì)所述殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行擬合；
[0034] 步驟二：采用XRD (X射線衍射）殘余應(yīng)力測(cè)試法獲得鋁合金薄壁構(gòu)件機(jī)加工的表 層殘余應(yīng)力沿深度方向的分布，對(duì)表層殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行擬合；
[0035] 步驟三：采用新的表層殘余應(yīng)力σ即等效表層殘余應(yīng)力的分布代替步驟二得到 的擬合后的表層殘余應(yīng)力的分布，所述新的表層殘余應(yīng)力的分布與步驟二得到的擬合后的 表層殘余應(yīng)力對(duì)中性面的彎矩相同，
[0036] 等效表