大型复杂薄壁结构件加工变形仿真与控制技术研究

发布时间：2017-09-17 06:41

  本文关键词：大型复杂薄壁结构件加工变形仿真与控制技术研究

  更多相关文章： 薄壁结构 控制技术 预反变形 走刀路径 有限元分析

【摘要】：随着航空航天产品的不断发展,薄壁类结构件的研究大大增加了产品的应用性能。但该类零件结构形状复杂,外形协调要求高,零件外轮廓相对截面尺寸较大,加工材料的去除量大,整体刚性差,切削加工过程中工件的回弹让刀与加工振动现象非常明显。进而导致加工完成后零件加工质量难以保证,加工效率难以提高,极大地影响了产品竞争力与企业的经济效益。因此,研究薄壁件变形仿真与控制技术具有重要的理论意义与工程实用价值。本文以航空航天薄壁结构件在设计和制造技术不断发展为背景,归纳了薄壁零件的切削加工变形的预测和控制技术,总结分析了现代薄壁结构件在加工变形预测和加工变形控制技术的现状。并以航天科工某单位的马鞍形油箱结构件为研究模型,对其物理性质、机械结构和机械工艺等方面进行综合分析,应用UG NX8.0创建了薄壁结构件的分析模型,最后根据综合分析的结果进行深入研究。基于有限元切削加工工艺仿真研究分析,得到切削过程中切削参数变化对切削分力变化是一个动态过程;在不影响总体分析效果的前提下对薄壁结构件进行简化模型,运用ANSYS-Workbench有限元分析软件模态分析法找到零件比刚度最弱的位置;最后运用谐响应分析方法对不同频率的加工进行后处理,得到加工变形变化的状态和应力分布状态,分别总结镗削加工在装夹和自由状态下的加工变形趋势,为选择加工变形控制技术提供支持和依据。基于有限元加工变形仿真模拟研究分析,在掌握薄壁结构变形趋势后,设计变形控制方案。如:新型装备的应用,加工工艺的改进与优化等。本课题拟采用的控制方法有:切削参数优化(包括单因素试验设计和正交试验设计)、走刀路径优化、“预反变形”设计。最后通过进行变形控制试验来验证控制技术对于薄壁结构件变形控制的有效性。
【关键词】：薄壁结构 控制技术 预反变形 走刀路径 有限元分析
【学位授予单位】：北华航天工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的来源及研究意义10
• 1.2 国内外加工变形技术的研究现状10-16
• 1.2.1 加工变形预测技术的国内研究现状10-11
• 1.2.2 加工变形控制技术的国外研究现状11-12
• 1.2.3 切削参数优化的发展历史与现状12-14
• 1.2.4 加工变形的影响因素及分析方法14-16
• 1.3 课题研究的主要内容16-17
• 1.4 课题主要研究流程17-18
• 第2章 切削加工特征研究与分析18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 薄壁结构件的加工材料分析18-19
• 2.3 薄壁结构件模型建立与结构分析19
• 2.4 薄壁结构件的加工工艺分析19-21
• 2.5 材料切削特征关系定义的构建21-23
• 2.5.1 材料本构关系定义21-22
• 2.5.2 刀-屑摩擦关系定义22-23
• 2.6 本章小节23-24
• 第3章 基于Deform-3D的切削加工模拟研究24-31
• 3.1 引言24
• 3.2 切削仿真软件平台简介24
• 3.3 DEFORM-3D特点及其分析流程24-25
• 3.4 DEFORM-3D切削加工模拟25-30
• 3.4.1 切削模型的建立25-26
• 3.4.2 刀具和工件的网格划分26-27
• 3.4.3 切削力仿真27-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 薄壁结构件加工变形预测技术研究31-45
• 4.1 引言31
• 4.2 薄壁结构件简化方案的制定31-32
• 4.3 薄壁结构件切削力模型的建立32-34
• 4.4 加工变形仿真34-42
• 4.4.1 材料参数的输入控制35-36
• 4.4.2 网格的划分36
• 4.4.3 施加约束载荷36-37
• 4.4.4 薄壁结构件的模态分析37-38
• 4.4.5 薄壁结构件的谐相应分析38-41
• 4.4.6 自由状态下变形预测分析41-42
• 4.5 加工变形实验验证42-44
• 4.5.1 实验目的42
• 4.5.2 实验平台42-44
• 4.5.3 实验数据论证44
• 4.6 本章小节44-45
• 第5章 薄壁结构件加工变形控制技术研究45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 薄壁结构件加工变形控制理论的研究45-46
• 5.3 薄壁结构件加工变形控制技术46-54
• 5.3.1 切削参数的优化设计46-52
• 5.3.2 镗削走刀路径优化设计52-53
• 5.3.3“预反变形”设计53-54
• 5.4 本章小节54-55
• 第6章 薄壁结构件加工变形控制试验研究与分析55-62
• 6.1 引言55
• 6.2 试验的设备及仪器55-56
• 6.2.1 试验机床55-56
• 6.2.2 检测装置56
• 6.3 试验验证与分析56-60
• 6.3.1 试验一：基于正交实验法的切削参数优化试验验证56-58
• 6.3.2 试验二: 走刀路径优化设计试验验证58-59
• 6.3.3 试验三:“预反变形”设计试验仿真验证分析59-60
• 6.4 本章小节60-62
• 第7章 结论62-64
• 7.1 总结62-63
• 7.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：867854