【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，属于航空航天用复杂薄壁类零件精密制造，其主要应用于复杂薄壁零件铣削加工过程中残余应力导致的加工变形预测。
技术介绍
1、随着航空、航天等工业的飞速发展，飞机蒙皮、机翼、航空发动机叶片/盘等薄壁零件大量采用；该类复杂薄壁零件多采用比强度高、密度小、切削加工性好等优点的铝合金材料制造；另外，该类铝合金薄壁零件在加工过程中，由于刀具和工件剧烈的交互作用，导致材料去除过程产生大量的切削力和切削热，这将致使大量残余应力生成，随着残余应力累积及其再分布，导致薄壁零件发生显著加工变形，最终严重影响薄壁零件的加工精度和加工质量；因此，为了提高薄壁零件的加工精度和加工质量，精确预测薄壁零件铣削变形具有重要的工程应用价值。
2、目前，残余应力累积和再分布导致薄壁零件变形分析主要分为有限元法、实验法和解析法；有限元法在预测残余应力导致零件变形时，其精确性往往受到网格质量和边界条件的制约，并且不能反映薄壁零件的加工实际情况；实验法虽然能直接反映加工实际情况，但却存在对薄壁零件造成破坏的风险；理论解析法能较好的预测由残余应力引起的薄壁零件变形；理论解析法在薄壁零件变形分析领域有着广泛的应用，但许多研究单独考虑初始残余应力与加工残余应力对薄壁零件变形的影响，例如文献[gao h,zhang y,wu q,song j.an analytical model for predicting the machining deformation of aplate blank conside
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有方法单独考虑初始残余应力与加工残余应力对薄壁零件变形预测精度的影响问题，提出一种综合考虑初始残余应力和加工残余应力导致薄壁零件加工变形预测方法——一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法：包括以下步骤，
3、①建立初始残余应力分布模型；
4、②构建加工残余应力预测模型；
5、③建立初始残余应力和加工残余应力耦合应力模型；
6、④构建耦合应力作用下的薄壁零件加工变形预测模型。
7、本专利技术的步骤流程图如图1所示，
8、步骤①具体过程为，
9、为准确分析薄壁零件(薄板替代，下同)铣削后变形行为，将毛坯件沿z向进行分层，分为待加工层和已加工层；将待加工层标记s，厚度定义为h，其在铣削过程中被去除，将已加工层视为w，此部分保留并形成薄壁零件最终形状，如图2所示；本专利技术主要分析待加工层s和已加工层w在各个铣削阶段相互作用力变化，用以揭示薄壁零件加工变形机理；
10、为了深入研究铣削过程中薄壁零件的变形行为，将待加工s视为一个整体，分析由初始残余应力导致的力和力矩；待加工层s在x方向上会受到一个由初始残余应力导致的力fsx和力矩msx；类似地，在y方向上，待加工层s同样受到一个由初始残余应力导致的力fsy和力矩msy，如图3(a)所示；为了获得每铣削层受力状态，将待加工层s等分为m层，每层厚度为t＝h/m，如图3(b)所示；
11、为了更好地分析初始残余应力在待加工层s中产生的力fs和力矩ms，以第i层为例进行分析，如图4所示，初始残余应力在x方向和y方向产生的力fi，表示为：
12、
13、式中，fx,i和fy,i表示初始残余应力在第i层xi和yi方向上产生的力，σx,i和σy,i表示第i层xi和yi方向上的初始平均残余应力；
14、紧接着，初始平均残余应力σx,i和σy,i表示为：
15、
16、将待加工层s分为m层，每层均受到由初始残余应力产生的力fi作用；因此，为了准确描述待加工层s所受到的由初始残余应力产生的总力fs，需将每层所受力进行累加，总力fs表示为：
17、
18、另外，待加工层s第i层由于初始残余应力作用导致的力矩mi，表示为：
19、
20、式中，mx,i为第i层xi方向的力矩，my,i表示第i层yi方向的力矩，ψx,i和ψy,i表示为：
21、
22、为了准确描述待加工层s所受的总力矩ms，需将待加工层中每层所受力矩进行累加，假设ф(z)和ζ(z)(0≤z≤q)是σx,i和σy,i的原函数，则ms表示为：
23、
24、其中fsx和fsy表示为：
25、
26、对于毛坯薄壁零件而言，其应力处于平衡状态，因此，待加工层s和已加工层w所受的力fw和力矩mw满足：
27、
28、根据式(8)，加工层w上力fw和力矩mw用待加工层s受的力fs和力矩ms表示：
29、
30、接着，分析已加工层w由初始残余应力释放导致的力fw和力矩mw时，通过分析待加工层s所受到的力fs和力矩ms转换。
31、步骤②具体过程为，
32、基于切削加工理论，铣削加工过程中产生的机械应力主要来源于第一剪切区的剪切应力和第三剪切区的挤压应力在铣削加工过程中，在刀具与薄壁零件接触区域，定义作用在薄壁零件上的剪切力为fsi、法向力为fni、切向力为fi，微分单元与刀尖的距离为si，如图5所示；为了分析微分单元所受切削力，选择以微分单元长度dsi进行分析；
33、在铣削加工过程中，铣削力f由第i个刀齿上的切削力分量来表示：
34、
35、式中，和表示第i个齿在xf、yf和zf方向上的切削力分量；n为刀具齿数；
36、接着，剪切应力与铣削力f间的关系表示为：
37、
38、式中，和分别表示剪切角、摩擦角、前角、切削宽度和切削深度；
39、挤压应力与切削力f之间的关系表示为：
40、
41、为获得机械应力与切削参数间的关系，结合参考文献[lazoglu i,ulutan d,alaca be,engin s,kaftanoglu b.an enhanced analytical model for residualstress prediction in machining.cirp annals 2008；57本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述建立初始残余应力分布模型，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述构建加工残余应力预测模型，计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述建立初始残余应力和加工残余应力耦合应力模型，计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述构建耦合应力作用下的薄壁零件加工变形预测模型，计算公式如下：
【技术特征摘要】
1.一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述建立初始残余应力分布模型，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种考虑残余应力影响的薄壁零件铣削变形预测方法，其特征在于，所述构建加工残余应力预测...
【专利技术属性】
技术研发人员：马俊金，刘豫通，崔晓斌，焦锋，高国富，向道辉，牛赢，任磊，庞晓艳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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