镁合金构件（精选五篇）
镁合金构件 篇1
1 铝合金构件焊接变形的原因
就当前的现状来看,铝合金构件焊接变形的原因主要体现在以下几个方面。
第一,“熔池”现象,即在铝合金构件焊接工艺开展过程中,部分母材基于焊弧热作用下熔化形成池状,且当“熔池”尺寸、形状过大时,致使部分焊接部位发生变形问题,影响到整体焊接工艺效果。为此,当前技术人员在焊接工艺活动开展过程中,应提高对此问题的重视程度,并对其展开有效处理。
第二,热加工、冷加工交替,即在铝合金构件焊接过程中,涉及到了冷加工、热加工间的频繁交替。热加工过程旨在软化焊接部位,而冷加工的目的在于冷却、定型热加工部位。在热加工、冷加工频繁交替过程中,基于误操作等因素的影响,极易呈现出焊接部位变形问题,从而影响到整体热、冷加工效果。
第三,热量传递,即在铝合金构件焊接部位加工过程中,因焊弧热而产生热量传递过程,而当热量传递效率过大时,母材熔化速度将随之增大,最终就此引发变形现象。为此,在焊接工艺活动开展过程中,应注重针对热量传递过程进行有效控制。
第四,不同部位受热不均匀,即在铝合金构件加工过程中,若不同部位出现受热不均匀现象,亦将在热量传递过程中引发变形问题,从而影响到铝合金构件的正常使用。
2 铝合金构件焊接工艺优化策略
2.1 制定焊接方案
基于装备制造行业工业等领域不断发展的背景下,为了优化当前焊接技术,要求工业行业在铝合金构件焊接工艺活动开展过程中,注重制定焊接设计方案,即从铝合金构件尺寸、形状、规格等角度出发,对构件规格做出明确规定,且细致说明构件焊接要求,从而为焊接人员提供“有章可循”的作业空间,规避误操作等问题的凸显,进而诱发构件变形问题。同时,在焊接方案制定过程中,为了实现对变形问题的有效控制,应针对铝合金构件缝隙偏大现象进行分析、探究,同时合理布设铝合金构件结构,将焊接缝隙数量控制在最低状态下,缓解瞬时变形、残余变形等问题的凸显。此外,基于焊接方案,亦应明确模拟焊接环节的重要性,即要求作业人员在实践焊接作业前,针对焊接要求展开2~3次模拟焊接实验,从而在实验过程中预测变形几率,并分析研究变形原因,最终达到最佳的焊接作业状态。从以上的分析中即可看出,在铝合金构件焊接过程中,强调焊接方案的制定非常必要,为此应提高对其的重视程度。
2.2 提高焊接技术
在铝合金构件焊接工艺活动开展过程中,为了规避瞬时变形、残余变形等问题的凸显,强调焊接技术的提高非常必要。为此,应注重贯穿“岗前培训”理念,即安排焊接人员参加专业化的培训项目,同时基于1次/月培训计划的导向下,对焊接人员工程技术进行训练,以提高其责任意识,即注重在铝合金构件焊接作业中,对执行标准、规格、尺寸、形状等进行反复核查,有效规避人为误操作等问题的凸显,进而诱发变形现象。同时,在铝合金构件焊接作业过程中,要求相关技术人员应通过拉伸方式对构件质量进行评估,且在铝合金构件拼接作业中,采取适当固定方法,并保障各个部位受热均匀性,达到最佳的焊接作业状态。此外,为了满足铝合金构件焊接要求,在焊接工艺活动开展过程中,焊接技术人员应完善水平测试环节,同时将残余变形作为测试参数,达到水平测试目的。同时,基于构件存在变形问题,通过热加工、机械变形矫正等方法,对残余变形问题作出适当处理,以达到最佳的焊接工艺作业效果。
2.3 加强焊接过程控制
在铝合金构件焊接变形问题处理过程中,焊接过程的控制应从以下两个层面入手。
第一,在铝合金构件焊接工艺开展过程中应注重坚守“预防为主”理念。在焊接作业中,实施反变形、刚性固定组装等控制方法,对焊接过程进行操控,规避瞬时变形、残余变形等问题的凸显。同时,在焊接作业过程中,应注重实时观测焊接状态,从而在发生变形问题时,借助机械外部或通过热加工方式,对变形现象进行有效处理,达到最佳的焊接工艺实施状态。
第二,在铝合金构件焊接工艺过程控制过程中,应严格遵从焊接工艺设计要求,同时运用焊接经验,对变形现象进行控制。例如,某焊接技术人员在实践焊接作业开展过程中,针对变形构件进行了返修处理;同时,在返修处理过程中,注重利用能量密度高的热源,对焊接受热面积进行控制,达到了最佳的焊接工艺施工状态。可见,焊接工艺过程控制有助于提升整体焊接工艺水平。因此,应强化对其的有效落实,达到高效率焊接工艺作业的效果。
2.4 优化焊后检查环节
在焊接工艺后期检查工作开展过程中,为了规避瞬时变形等问题的凸显影响到铝合金构件的正常使用,应注重在工件焊接完毕后,做好无损检查工作。例如,在无损检查作业中,清理焊缝两侧焊渣、残存焊剂等,就此缓解残存焊剂腐蚀工件表面等问题,保障工件质量。此外,在焊后检查工作开展过程中,为了提升整体工艺焊接水平,亦应针对焊瘤、焊接接头等过高现象进行去除处理,同时向缺陷两头扩散80~95mm,实现对缺陷部位的有效处理。另外,在缺陷问题处理过程中,若缺陷区域指向内侧或外侧,那么在返修作业中,应做好缺陷处修补工作。除此之外,由于焊条长短关系着焊接工艺水平,因而在此基础上,焊接技术人员在实践焊接作业环节开展过程中应提高对此问题的重视程度,并注重综合电弧电压因素的影响。在焊接作业中,通过数值模拟试验方式对电弧电压数值进行调节,从而满足铝合金构件焊接工艺要求,达到最佳的工艺设计状态。同时,在铝合金构件检查作业中,亦应强调对射线探伤、超声波探伤等方法的应用,从而实现对变形位置的定位处理,达到最佳的变形问题处理效果。
3 结论
综上可知,当前铝合金焊接工艺在开展过程中仍然存在着瞬时变形、残余变形等问题,影响工件的质量。因此,为了提升整体焊接工艺水平,要求焊接技术人员在实际工作开展过程中提高自身“预防为主”的作业理念,同时在构件焊接工艺中,针对变形现象做出适当处理。例如,从优化焊后检查环节、提高焊接技术、制定焊接方案等层面入手,对铝合金构件焊接工艺进行有效控制,以期提升整体工件设计水平。
摘要：从铝合金构件焊接变形的主要原因入手,详细阐述了焊接工艺优化策略。
关键词：铝合金构件,焊接变形,优化
参考文献
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镁合金构件 篇2
以飞机机翼翼肋铝合金结构件这一典型易变形的零件为例,研究数控加工变形情况及其影响因素,主要研究残余应力对加工变形的影响.采用理论建模、有限元分析和实验验证相结合的方法分析和对比数控加工中零件变形情况;分析了工件内残余应力分布,用有限元软件提供的`热机耦合功能,以温度场模拟施加铝合金的残余应力分布;分析和模拟了去除材料对工件变形的影响;用经过改进的顺序静态单元生死方法进行切削过程的仿真和改进,并对仿真所得的零件变形量与实际加工测量结果进行了比较,验证了分析方法和所建立模型的有效性;最后提出了控制数控加工变形的解决方案.
作 者：梅中义 高红 王运巧 Mei Zhongyi Gao Hong Wang Yunqiao 作者单位：梅中义,王运巧,Mei Zhongyi,Wang Yunqiao(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100191)
高红,Gao Hong(成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部,成都,610092)
镁合金构件 篇3
关键词：铝合金；焊接；变形；工艺
在我国大力发展现代装备业背景下，铝合金构件在机械制造行业发挥了巨大的作用，尤其铝合金应用到现代高端设备中实现了机械设备性能的进一步完善，但是铝合金材料由于具有传热性强、膨胀系数大一级散热速度快的特点，因此其在焊接的过程中容易出现变形量超过允许值的问题，因此需要我们在进行铝合金焊接时注重其变形研究，通过合理的控制措施，提高铝合金构件焊接工艺，以此提升我国装备制造技术水平。
一、铝合金构件焊接变形的表现形式及原因
铝合金构件焊接是铝合金应用到装备制造业中的重要形式，由于铝合金材料导热性强、散热快的特点使得在焊接过程中极容易出现铝合金构件变形的现象，影响产品的外观及性能的应用。结合实际铝合金构件焊接变形主要分为：瞬间变形和残余变形。瞬间变形就是在铝合金构件焊接过程中由于铝合金焊接温度超过铝合金自身的结构极限而出现的变形。残余变形则是在经过焊接之后，余热导致铝合金构件出现变形，因此导致焊接变形的主要根源是残余应力和塑性应变，影响铝合金构件变形的因素包括：（1）焊接热过程的参数会影响焊池的相变过程，从而对热区金属的组织结构形成一定的影响；（2）焊接过程热不均匀导致铝合金构件产生的热响应不同，从而产生应力变形；（3）熔池大小与尺寸影响焊接件的焊接质量。
导致焊接变形的原因是多方面的，根据焊接变形类型的不同导致其变形的原因也是不同。实践中由于焊缝区域的温度高于焊接周围的温度，因此也会造成焊接缝变形量比较大，以此产生偏心拉应力，该力会造成出现纵向绕曲。而错边变形主要发生在焊接的初期阶段，一旦出现焊接错边问题就会导致焊接无法继续的问题。
二、铝合金焊接焊接变形的诱发机制
根据铝合金焊接变形的产生原因，导致焊接变形出现的诱发机制主要是：一是接头中间与周围产生的温度差导致出现残余应力；二是接头两边的温度不同而导致变形；三是焊接力导致弹塑性形变；四是金属流变阻力和焊接牵引力同时作用导致变形。
三、铝合金构件焊接工艺优化的举措
（一）做好焊接准备工作。一是要选择与焊接质量要求相适应的电源，电源作为提供焊接的能量来源，合理选择电源，一般直流电源的电弧具有良好的稳定性以及能够避免出现焊接过程中的飞溅问题，因此一般选择直流电弧作为焊接电源的首选。而直流反接电源能够避免在焊接张出现大量焊渣以及污染气体的现象，这样便于对焊接过程进行观察，根据焊池及时调整焊接速度与角度；二是清理铝合金构件的表面，保证其干净；三是选择合理的焊丝直径。焊丝直径、成分等都会影响到焊接缝金属的力学性能，因此要选择合理的焊丝，选择表明质量与化学成分达标的焊丝。
（二）做好焊接设计。对于铝合金构件焊接变形问题主要举措就是做好设计，降低焊接变形量。为此我们从两个方面入手：一是做好焊接设计。在进行焊接工艺设计时需要采取比较成熟的方案，并且合理布局焊接的位置，尤其是要对铝合金构件与主体装备结构之间的焊接缝隙的大小、形状等进行优化设计，降低焊接缝的数量，以此实现对焊接结束后可能出现的残余变形问题；二是做好产品制造阶段的设计。对制造产品焊接的设计主要是对焊接工艺的参数等进行熟记，并对相关的理论知识做到熟记于心。并且做好焊接的检查工作，如果发现出现残余变形之后，要及时的采取相应的措施给予矫正，达到对变形量的控制，达到焊接要求。
（三）加强对焊接过程的工艺控制。在焊接过程中，采取一定的反变形或者是刚性固定组装的方法在焊前进行预防；焊接结束之后，为了减小已经出现的残余变形，可以采取加热矫正或者是利用机械外力进行矫正的方法。另外在焊接过程中，除了要严格按照设计的焊接工艺进行焊接之外，还应按照优秀的焊接工艺实现对瞬时变形的控制，例如，采取那些能量密度高的热源，对焊接过程中的焊接受热面积进行技术控制。
（四）优化焊后检查工作。首先工件焊接完毕之后，在进行焊缝无损检查之前，应及时清除焊缝及焊缝两侧的焊渣、残存焊剂，预防因焊渣、残存焊剂腐蚀工件表面而出现不良影响；其次焊接完毕后，若出现焊瘤或焊接接头余高过高等问题，必须及时去除缺陷。应通过射线探伤或超声波确定返修范围，具体返修范围应超过缺陷部位面积，通常可向缺陷两头分别扩展
80-100mm。如果探测结果明确指出缺陷靠近外侧或内侧，可先返修该侧。另外由于电弧长短对焊接质量也有显著影响，而电弧电压决定电弧长短，因此，在焊接时，依据焊接试验，需要控制好电弧电压，产生适宜长度的电弧长度进行焊接。
参考文献：
[1] 李怀珠.大型铝合金构件的焊接工艺设计.电子工艺技术 2015（11）
镁合金构件 篇4
固有应变是日本学者提出的概念,所谓固有应变可以看成是内应力的产生源。若将物体处于既无外力也无内力的状态看作是基准状态,固有应变就是表征从应力状态切离后处于自由状态时,与基准状态相比所发生的应变,它等于总应变减去弹性应变。
对于焊接问题,焊接以后固有应变将是塑性应变εp、热应变εT和相变应变εX之和。
对于较复杂的焊接结构可用固有应变有限元法计算焊接变形。固有应变存在于焊缝及其附近,固有应变的大小和分布就决定了最终的残余应力和变形。因此,如果知道了固有应变的大小和分布,把它作为初始应变施加在焊缝及其附近区域,就可以通过一次弹性有限元求得整个构件的焊接变形。
2 低合金钢固有应变规律的有限元分析
2.1 计算模型
为了获得焊缝区稳定的固有应变分布规律,经过分析发现,计算模型所用钢板的最小平面尺寸应为长400mm,宽300mm。因此计算模型所用钢板尺寸为长400mm,宽300mm,厚度分别取8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、25mm、30mm、40mm,中间堆焊一道焊缝。考虑到结构的对称性,计算模型只取了实际结构的一半。
2.2 沿焊缝方向上固有应变的分布规律
试件在焊缝长度两端固有应变的分布变化很大,有拉伸塑性应变,也有压缩塑性应变,极不规律。焊缝长度中间部分固有应变的分布趋于平稳,且均为压缩塑性应变。本文重点研究焊缝长度中间部分稳定区域固有应变的大小,在实际应用时,可根据实际情况对焊缝两端固有应变作修正。
2.3 垂直焊缝方向上固有应变的分布规律
大约距离焊缝截面45mm的区域为热影响区,远离焊缝截面的区域固有应变为0。垂直焊缝方向上不同厚度位置处,纵向和横向固有应变的分布规律大致相同。
3 固有应变定量关系的研究
理论计算和实际工程表明,影响固有应变的主要因素是焊接线能量qv和板厚h。假设单位长度上固有应变总和Wx和Wy与线能量存在如下关系
式中K、ξ为焊缝纵向和横向固有应变系数,它们是焊接线能量qv和板厚h的函数。而Wx和Wy等于固有应变在热影响区面积上的积分,即
在实际工程中,焊接线能量qv是已知的,只要知道焊缝纵向和横向固有应变系数K、ξ,即可由式(1)、(2)求得单位长度上固有应变总和Wx和Wy。从而可由固有应变有限元法计算结构的焊接变形。通过式(1)、(2)可以求得固有应变系数K、ξ与焊接线能量qv和板厚h的对应关系。固应变系数K、ξ与qv/h2的关系曲线如图1及图2所示。
4 结论
固有应变有限元法是预测大型复杂焊接结构变形的有效方法。本文研究了低合金固有应变的分布规律,采用热弹塑性有限元法对平板堆焊试件进行了数值模拟,通过对大量数值模拟结果的深入分析,得到了纵向固有应变系数K、横向固有应变系数ξ与qv/h2之间的关系,并给出了相应的表达式。
摘要：应用固有应变有限元法预测构件焊接变形时,必须事先知道焊缝区的固有应变分布规律,因此研究焊缝区的固有应变分布规律具有重要意义。本文针对低合金钢Q345,采用热弹塑性有限元方法研究了平板堆焊构件焊接固有应变的分布规律,给出了焊接固有应变系数与热输入参数的数学表达式。
关键词：焊接变形,低合金钢,数值模拟,固有应变系数,热输入
参考文献
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镁合金构件 篇5
关键词：薄壁结构件,装夹方案,加工顺序,仿真分析
0 引言
随着现代制造业的发展，对飞行器综合性能的要求也在不断提高，而在其结构设计方面也发生了比较大的变化，更轻的质量、更高的结构强度逐渐成为现代飞行器发展的主要趋势。铝合金相较其他金属密度较小，在相同体积下，铝合金零件的质量较轻，在航空航天工业发展的早期即得到了广泛的应用。而相较传统结构设计，薄壁整体结构件的应用则大大减小了飞机、火箭等飞行器的零部件数量，减轻了制造过程中加工工序及装配工作量，提高了生产效率。同时其大大减轻了飞行器的结构质量，进而提高了飞行器的远程飞行能力和机动性[1,2]。因此，铝合金结构件在飞行器的设计制造中的应用日趋广泛。
然而由于铝合金结构件多为薄壁结构，在其加工过程中超过95%的毛坯料都被铣削加工以切屑的形式去除，当加工完成并卸除装夹后，在残余应力作用下零件很容易发生整体的弯、扭以及翘曲变形。薄壁整体结构件加工变形比较复杂且较难控制。目前多数情况下的解决方法是对加工零件进行校正，通过对零件变形趋势的相反方向施加相应的作用力或对工件进行热处理以减小其变形。然而校正后工件仍存在应力甚至裂纹等问题，造成零件的强度较低进而失效。铝合金结构件的加工变形问题己成为困扰航空航天工业发展的关键技术难题之一。
国内外研究者对薄壁件的加工变形进行了大量的研究。Shane P.Siebenaler[3]等人使用仿真分析方法，通过调整装夹支撑点的位置，对比了几种不同的装夹条件下零件的加工变形，试验预测了装夹变形，并通过试验进行了修正。J.Tlusty[4,5]等人针对薄壁件的变形问题提出了通过有效利用零件的未加工部分作为支撑以提高工件的整体刚度，从而获得优化的刀具路径的方法。Jitender.K.R[6]通过构建薄壁件铣削加工变形的有限元分析系统，该系统获得的薄壁件铣削加工变形量、应力场以及温度场等模拟结果与实验结果吻合较好。
本文在已有文献的基础上，以2124铝合金薄壁结构件铣削加工为研究对象，建立了用于预测薄壁结构件整体加工变形的有限元仿真模型，通过仿真分析残余应力的再分布对加工变形的影响规律，根据薄壁件的结构特点优化了装夹方案和特征结构的加工顺序，控制了薄壁结构件的加工变形。
1 有限元仿真模型构建
1.1 几何模型
本文选取双面槽腔2124铝合金薄壁结构件作为实验对象，零件几何模型如图1所示，全长1 200 mm，宽600 mm，侧壁厚2 mm，零件中心部位是直径为400 mm的圆形通孔，并由8个对称的隔框结构组成，其反面结构与正面相同。
1.2 材料属性
将几何模型导入Abaqus/CAE软件中，由于本文研究对象的材料为2124铝合金材料，所以设定模型的材料属性为:密度ρ=2 840 kg/m3，弹性模量E=72 GPa和泊松比μ=0.33，划分网格后有限元模型如图2所示。
1.3 设定毛坯初始残余应力
利用盲孔法测得预拉伸板材毛坯表面的残余应力，并根据力平衡、力矩平衡的原则，计算出毛坯件内部初始残余应力值，并将毛坯的残余应力加载到Abaqus仿真模型中，残余应力的分布如图3所示。
2 装夹方案仿真及优化
薄壁结构件具有体积较大、局部刚度差、材料去除率高等特点，因此在工件加工完成后易发生较大的整体加工变形，其原因主要是高的材料去除率导致的毛坯残余应力释放和重分布。研究表明，不同的装夹方案对工件内残余应力的分布产生重要影响，通过选择合理的装夹方式并对装夹方案予以优化，是控制薄壁结构件整体加工变形的有效方法。
2.1 初始装夹方案
根据双面槽腔零件的结构特点，本文采用在零件侧部设立工艺凸台的方法对工件进行装夹。在具体加工过程中可根据机床工作台尺寸及T型槽位置，采用压板压紧或工艺凸台上钻沉头孔并通过螺栓预紧将工件固定在机床工作台上，以达到夹紧工件的目的，并在加工结束后将工艺凸台切除。
在设定工件初始装夹条件时考虑到若工艺凸台的数量过少，在零件加工过程中可能出现工件变形量过大，精度难以得到保证。若工艺凸台数量过多，会增加凸台的加工、切除时间。并且在工艺凸台后会造成已加工完成零件残余应力的二次释放，凸台数量过多可能会造成较大变形。因此，本文综合考虑上述原因，选定初始装夹方案如图4所示，首先在零件尺寸较大方向上的孔内侧设定2个工艺凸台，同时在该垂直方向孔内侧对称设定一对工艺凸台。
2.2 装夹仿真分析
根据初始装夹方案，设置模型初始边界条件。在初始装夹方案中工艺凸台的对应位置设置了若干节点集，并限制其6个方向的自由度，以模拟初始装夹方案，如图5所示。
利用“单元生死”技术，在Abaqus/CAE软件中从工件的一侧按照顺序依次切除各框的材料至另一侧，而后将工件翻转加工其反面。零件的加工变形如图6所示，图中亮色区域为最大变形处。
由图6可知，由于框体一侧一端的材料首先被切除，残余应力释放，该端翘起变形，直至加工到该面另一端，由于反面的毛坯材料并未被切除，工件单侧残余应力释放，且两端刚度较小，因此两端均产生翘起变形，零件整体弯曲。随着工件反面的材料也被切除，残余应力的释放逐渐趋于平衡，两端的翘起又逐渐减小，直至工件整体加工完成。读取Abaqus仿真软件的odb文件，双面槽腔零件的最大变形量为0.748 mm。
零件最大变形出现在两端，调整装夹方案，即在零件的侧面增加4个对称的工艺凸台，将零件长度方向2个凸台位置由孔内部调整至零件两端。优化后装夹条件的凸台位置如图7圈出所示，调整装夹方案后的仿真变形如图8所示。
经过第1次装夹优化后的零件最大变形量为0.223 mm，与优化前相比，减少了70.2%，优化效果明显。
由图8变形云图可知，工件加工变形过程中的翘曲变形发生了改变，在初始装夹条件下，工件的翘起主要发生在工件的两端，在装夹条件优化后，翘起位置由两端向零件的内侧移动。其原因主要是，两端增加的工艺凸台提高了零件两端的局部刚度，随着结构件局部刚度的改变，最大变形量由零件的两端向刚度较弱的位置移动。
根据上述仿真分析结果，对装夹条件进一步优化，在工件的两侧刚度相对较弱的位置(即变形量较大位置)增加4个对称的工艺凸台，如图9所示。凸台位置如图中圈出所示，调整装夹方案后的仿真变形如图10所示。
经过第2次装夹优化后的最大变形量为0.093 mm，与前一次相比，减少了58.3%，优化效果明显。
由图10可知，通过进一步装夹优化，零件两端的翘起变形、零件整体的弯曲变形均有明显改善，零件的主要变形形式由整体翘曲变形转为局部变形，变形量也大幅减小。考虑工艺凸台的数量过多会增大加工过程中的走刀难度，并且工艺凸台却除后，工件内部的残余应力会进一步释放，造成工件的二次变形，工艺凸台越多则需切除的材料就越多，释放的残余应力越大，相应的变形也就越大。因此综合考虑上述原因将上述装夹条件设定为最终的装夹方案，如图11所示(在圈中部位为需设立的工艺台位置)。
3 加工顺序仿真及优选
双面槽腔铝合金薄壁结构件由多个框组成，在实际的切削加工时，随着材料的去除，零件的刚度是不断变化的。工件加工完成并卸去装夹系统以后，随着工件内温度冷却到室温，工件内的应力也重新分布达到新的平衡状态，从而引起零件变形。由于加工顺序的不同，零件的整体刚度变化及残余应力释放的方式不同，在加工过程中产生的整体变形也就不同。因此可以确定隔框加工顺序的先后对零件加工变形有很大的影响。铣削加工顺序优化研究就是在铣削用量、刀具的走刀路径、装夹方式等条件不变的情况下，进行的不同隔框加工顺序的模拟，通过模拟结果分析获得加工变形最小的隔框加工顺序。
3.1 加工顺序方案
仿真试验针对双面槽腔零件的结构特点，对其典型结构特征(隔框)进行离散化编号，并根据编号设定不同的加工顺序，即环形铣削加工走刀、顺序铣削加工走刀以及对称铣削加工走刀3种，如图12所示。
3.2 加工顺序仿真分析
利用“单元生死”技术，在Abaqus/CAE软件中按照上述加工顺序对零件进行仿真分析，加工完成后的零件变形云图如图13～15所示，图中亮色区域为零件变形最大处，最大变形量如表1所示。
从图13～图15可知，虽然加工顺序有所不同，但是各方案的零件最终变形位置及形式基本一致，对比图13(d)与图15(d)可以看出环形铣削加工与对称铣削加工的变形云图非常接近，最大变形均出现在零件两侧的圆弧侧壁，而在零件的中部均出现了较大面积的少量变形。
对比表1中不同加工顺序的变形结果，顺序铣削加工的变形量最大为0.112 mm，而对称铣削加工变形量最小为0.067 mm，仅为顺序铣削加工的59.8%，其原因主要为对称铣削加工是对称切除各框体结构材料的，因此工件各部位的残余应力是对称释放的，这使得由毛坯材料切除引起的残余应力释放获得了一定程度上的平衡，而随应力重分布而产生的应变因此相对较小。
4 零件加工
在高速数控加工中心上进行了实际零件铣削加工，装夹方案及槽框加工顺序按仿真优化结果实施，加工实物如图16所示。
采用三坐标测量机测量得到薄壁件最大翘曲变形量为0.082 5 mm，模拟结果与实验测量结果之间偏差约23.1%，考虑到数值模拟仿真时的简化、毛坯真实初始残余应力的误差以及未考虑切削载荷的影响，认为仿真结果是可以接受的，能够满足大型薄壁结构件加工变形仿真预测的要求。
5 结语
本文针对2124铝合金薄壁结构件，建立了基于Abaqus软件的加工变形预测有限元模型，通过研究和分析残余应力对加工变形的影响规律，获得了装夹条件对零件整体加工变形的影响规律，优化了薄壁结构件的装夹方案，使零件的加工变形量由优化前的0.748 mm减小到优化后的0.093 mm，减小了87.6%。并以优化的装夹条件为前提，对不同的加工顺序进行仿真分析，通过对比不同加工顺序产生的变形量，优选了双面槽腔结构的加工顺序为对称铣削走刀路径，加工变形量为0.067 mm。经过装夹方案优化和加工顺序的优选研究，控制了薄壁结构件的加工变形，满足了大型薄壁结构件加工精度要求。最后再通过铣削加工进行了实验验证，实验结果表明在误差允许的范围内，仿真预测结果是可以接受的，能够满足大型薄壁结构件加工变形仿真预测的要求。
参考文献
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