第6期 2017年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)06000504
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 06. 002
No.6 Jun.2017
大型复杂结构件加工变形有限元快速仿真方法
郑耀辉，吕海洋，李晓鹏，王明海，王奔
（沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳
110136）
摘要：针对大型复杂薄壁结构件加工变形有限元仿真效率低，不易实现全尺寸、完整结构状态下加工变形准确预测的突出问题，基于ABAQUS软件的有限元仿真及其二次开发技术，提出一种采用连续多个静态隐式分析步模拟三维动态显式有限元仿真的方法，研究了自动加载与卸载切削力载荷和分析及识别最大加工变形等关键技术，实现了大型复杂薄壁结构件完整结构全尺寸条件下、按照复杂走刀路径进行切削仿真的加工变形有限元快速仿真预测，通过切削测量实验，验证了仿真结采的准
确性，为该类零件加工变形预测技术研究提供了新的技术手段。关键词：大型复杂结构件；加工变形；全尺寸；有限元快速仿真计算
中图分类号：TH122;TG506
文献标识码：A
Rapid Finite Element Simulation Method on Machining Deformation of Large Complex Structure
ZHENG Yao-hui,LV Hai-yang,LI Xiao-peng, WANG Ming-hai, WANG Ben
( Key Laboratory of Fundamental Science for National Defence of Aeronautical Digital Manufacturing Process , Shenyang 110136, China)
Abstract : In the finite element simulation, the efficiency for the large-scale complex thin-walled structures is low, and it' s hard to achieve full-size, integral deformation prediction. Based on ABAQUS software and its secondary development technology, presents a method of using continuous multi-static implicit analysis step to replace three-dimensional explicit finite element simulation. Combined with key technology such as the automatic loading and unloading of cutting force load and the identification of maximum deformation, the method achieves a quick deformation prediction according to the cutting tool path in the condition of large-scale complex thin-walled structures. By cutting experiment to test the accuracy of the simulation, the result provides a new technical means for the machining distortion prediction of such parts.
Key words : large complex structure; machining deformation; integral structure ; rapid finite element simula tion
0引言
航空整体结构件一般结构复杂、壁厚较小、尺寸较大、使用高温合金和钛合金等难加工材料"】所以该类零件结构刚性差、加工过程中变形大，不易满足形位公差和尺寸公差的要求，影响飞机机身、发动机的装配精度、维护性能和使用性能。因此，薄壁件的加工变形控制技术在航空制造业越来越受到重视[24]。目前，国内外研究薄壁件加工变形的方法主要有两种：一种是通过对工件加工变形规律的预测[5]，优化切削参数、装夹方案、走刀方式等方法控制加工变形[8-10]；另一种是通过对加工变形进行理论校正，改善加工质量【11-3]。这些研究中，有限元分析逐渐成为研究加工变形问题的有效工具。然而有限元模拟切削加工中仍然存在两个
收稿日期：20160907
问题：一是对于曲面加工，其刀具轨迹往往比较复杂[14]，有限元软件很难模拟出刀具和工件复杂的相对运动[15]；二是有限元分析大多数用于切削机理的分析，很难模拟出大尺寸零件的整体变形。在文献[4]、文献[7]和文献[16]的研究中,用对节点施加集中载荷的方法模拟刀具轨迹，但是都没有给出该方法的技术路线，对于大型零件的整体变形间题，手动施加载荷工作量大效率低，因而并不具有代表性，
针对上述研究中的不足，论文基于ABAQUS软件的有限元仿真及其二次开发技术，提出一种实现大型复杂结构件不简化零件结构（完整结构）、不进行尺寸缩比（全尺寸）条件下加工变形的有限元快速仿真预测方法。
*基金项目：航空科学基金项目（2015ZE54025）；中航工业产学研专项项目（cxy2014SH20）
作者简介：郑罐辉(1975一），男，辽宁铁岭人，沈阳航空航天大学讲师，硕士，研究方向为精密高效数控加工、智能制造，（E-mail）zhengyh214@
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