一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法技术

本发明专利技术公开一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法，基于多工序仿真的装夹方案分析及优化方法，预测装夹方案对连续加工过程中可能产生的变形影响，通过叠加、集中、抵消应力，达到控制零件应力集中区域及应力方向的目标，将导致零件变形的负面因素转化为控制零件变形的有利因素，改善零件加工质量，提升零件加工精度。本发明专利技术对装夹方案优化，在数控加工工序连续加工过程中通过叠加、集中、抵消应力，达到控制零件应力集中区域及应力方向的目标，进而将导致零件变形的负面因素转化为控制零件变形的有利因素，改善零件加工质量，提升零件加工精度。件加工精度。件加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法


[0001]本专利技术涉及航空航天数控加工
，特别涉及一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法。

技术介绍

[0002]航空发动机机匣零件结构复杂、加工精度要求高，是典型的大型薄壁难加工零件，其加工变形问题一直是航空发动机制造关键技术难点之一。目前，机匣零件装夹工艺方案的制定依赖工艺人员的工程经验，没有考虑装夹应力对零件加工变形的影响。已有研究表明装夹应力是导致零件加工变形的重要因素之一，装夹应力会随着数控切削过程中引入的切削力、热应力等因素共同作用于零件体上，改变零件的应力分布状态。当夹具释放的瞬间，零件的集中应力得到释放，零件出现变形。
[0003]目前，装夹变形问题主要有两种研究方法。一种是采用数学方法建模，这种方法通常将工件变形用表示为夹紧力大小、作用点、作用顺序等因素的函数，用有限元方法针对装夹系统建立数学建模，将切削过程分解从而求出工件变形量，用线性规划、遗传算法等方法优化夹紧力、装夹作用点等因素，从而得到最优夹紧方案。另一种方法是应用有限元分析软件建立工件的装夹及切削模型，通过模拟计算求解出夹具的夹紧力及工件变形量，从而得到最优装夹方案。随着有限元技术的应用越来越广泛，应用成熟的有限元软件分析计算已经成为研究切削加工问题的有效手段。
[0004]国内外研究学者在装夹方案的仿真分析已经取得重大突破。先进物理仿真技术能够仿真出零件在指定装夹方案下的变形趋势，但是目前的装夹方案仿真技术手段只针对单一工序开展仿真分析，并未开展基于连续仿真分析的多次装夹仿真技术研究。零件的加工变形是多道机加工序在连续加工过程中应力叠加产生的结果，针对一次装夹下的装夹方案仿真分析及优化，对于全机加工艺路线仿真分析而言意义不大。通过开展多工序连续仿真的装夹方案分析，在数控加工工序连续加工过程中通过叠加、集中、抵消等方式控制零件应力分布属于行业空白。到目前为止，尚没有公开的用于航空发动机机匣零件多工序装夹方案的仿真分析及优化方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，提出了一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法，具体技术方案如下：
[0006]一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法，包括步骤如下：
[0007]步骤1，应用X射线应力检测仪测量零件表面指定点位的残余应力，得到零件表面的初始应力数据；
[0008]步骤2，导入CAD模型，将初始应力数据加载到零件模型；
[0009]步骤3，完成第i道工序的装夹边界设定，重点包含装夹位置、装夹方式、自由度限定方向；
[0010]步骤4，应用有限元技术对零件第i道工序进行应力应变仿真，统计仿真得到的最大应力及最大变形出现的位置，并记录具体的数值；
[0011]步骤5，判定零件的变形状态；如果仿真结果显示零件变形满足公差要求，跳转到步骤6；否则，进行装夹方案调整，跳转到步骤3；
[0012]步骤6，判断当前工序是否是最后一道工序；如果当前仿真工序是最后一道工序，输出优化的装夹方案，流程结束；否则，跳转到步骤7；
[0013]步骤7，输出应力、应变的数值仿真结果，通过数据继承的方式将仿真结果输入到下一道工序仿真环节中；
[0014]步骤8，完成第i+1道工序的装夹边界设定；
[0015]步骤9，应用有限元技术对零件第i+1道工序进行应力应变仿真；
[0016]步骤10，判定零件的变形状态；如果仿真结果显示零件变形满足公差要求，跳转到步骤12；否则，跳转到步骤11；
[0017]步骤11，判断当前工序装夹方案改进次数，当装夹方案改进次数Fix
n
<4，跳转到步骤8；否则，对上一道工序进行装夹方案调整，跳转到步骤3；
[0018]步骤12，判断当前工序是否是最后一道工序；如果当前仿真工序是最后一道工序，输出优化的装夹方案；否则，跳转到步骤13；
[0019]步骤13，令i＝i+1，跳转到步骤8进行下一道工序的应力应变仿真分析，直至所有工序的装夹方案都进行过分析优化，得到满足工艺方案变形控制的装夹方案。
[0020]所述的一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法，其优选方案为，步骤11中，所述装夹方案调整，指通过调整定位点、夹具加紧位置、夹紧力施加方向、增加辅助支撑，改善零件应力集中现象，达到控制零件加工变形的目标。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术首次提出面向航空发动机机匣零件应力控制的多工序装夹方案分析及优化方法，基于多工序连续仿真的装夹方案分析及优化方法有效改善零件表面应力分布，改善零件加工质量。此项技术可应用于各种机匣零件装夹应力控制中，经济效果及社会效益巨大。
[0023]加工试验表明：按照本专利技术分析方法对装夹方案优化，应力控制在300MPa以内，变形控制在0.02mm以内，零件各工序加工变形得到明显控制，多个零件加工后结果趋同，自由状态下应力释放引发的变形得到有效控制。
[0024]该方法的实现，不仅解决多个型号机匣类零件由于装夹带来的不规律变形问题，同时可以应用于涡轮盘零件、轴颈零件、鼓筒零件等回转体类零件的装夹方案分析、评估、优化及应力调控，具有较强的通用型和实用性，在为企业提升核心创新能力和研发效率的同时创造巨大的经济效益。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法流程图；
[0026]图2为本专利技术第n道工序的切削区域及夹持区域示意图，CuttingFace
n
是待加工区域车前端端面，A面是基准面，B面是夹持面；
[0027]图3为本专利技术第n+1道工序的切削区域及夹持区域示意图，CuttingFace
n+1
是待加
工区域车基准，C面是基准面，D面、E面、F面为不同装夹方案的夹持面；
[0028]图4为本专利技术第n+2道工序的切削区域及夹持区域示意图，CuttingFace
n+2
是待加工区域细车内型面，G面是基准面，H面、K面为不同装夹方案的夹持面。
具体实施方式
[0029]以下结合附图1
‑
4和实施例对本专利技术作进一步详述。
[0030]本专利技术采用先进的物理仿真技术，通过应用多工序连续仿真分析方法，预测装夹方案在数控加工中可能产生的变形影响，通过叠加、集中、抵消应力，达到控制零件应力集中区域及应力方向的目标，将导致零件变形的负面因素转化为控制零件变形的有利因素，改善零件加工质量，提升零件加工精度。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0031]1)应用X射线应力检测仪测量零件表面指定点位的残余应力，得到零件表面的初始应力数据，并将应力加载到零件模型上；
[0032]2)分析零件工艺规程，确定零件每道工序的初始装夹方案，如图2、图3、图4所示是航空发动机某型号环形机匣零件，零件在第n道工序加工时出现变形，之后的第n+1工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续仿真的机匣零件装夹应力调控方法，其特征在于：包括步骤如下：步骤1，应用X射线应力检测仪测量零件表面指定点位的残余应力，得到零件表面的初始应力数据；步骤2，导入CAD模型，将初始应力数据加载到零件模型；步骤3，完成第i道工序的装夹边界设定，重点包含装夹位置、装夹方式、自由度限定方向；步骤4，应用有限元技术对零件第i道工序进行应力应变仿真，统计仿真得到的最大应力及最大变形出现的位置，并记录具体的数值；步骤5，判定零件的变形状态；如果仿真结果显示零件变形满足公差要求，跳转到步骤6；否则，进行装夹方案调整，跳转到步骤3；步骤6，判断当前工序是否是最后一道工序；如果当前仿真工序是最后一道工序，输出优化的装夹方案，流程结束；否则，跳转到步骤7；步骤7，输出应力、应变的数值仿真结果，通过数据继承的方式将仿真结果输入到下一道工序仿真环节中；步骤8，完成第i+1道工序的装夹边界设定；步骤9，应用有限元技术对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，邓录峰，李吉鹏，张森堂，张东禹，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：