CN112380750A - 一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，建立热处理有限元模型，在热处理有限元模型的基础上建立机加过程有限元模型，在热处理有限元模型中设置零件材料参数，进行热处理仿真，机加应力仿真，通过上述步骤得到不同工艺方案对应的零件整体变形量，以最关键尺寸的最小变形量为依据，最终确定一个优化后的零件加工工艺。本发明以热处理仿真结果为机加应力仿真的输入，实现热处理与机加应力的连续耦合仿真，仿真结果与实际更贴合，计算出复杂薄壁零件热处理后的应力分布，同时对后续加工过程的切削应力进行计算，通过对比不同加工顺序下的应力分布情况，确定最佳的加工工艺方案。
Description
技术领域
本发明属于机加仿真技术领域，具体涉及一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法。
背景技术
工艺仿真是在产品实际制造前验证产品工艺的有效手段，目前在铸造、锻造、焊接、热处理、机加等制造环节的工艺仿真较为普遍，通常需建立产品的仿真模型，在产品每一个制造环节中独立开展相应的仿真。
目前，热处理与机加应力仿真只能分别单独开展，缺少连续仿真的能力，对产品最终状态的模拟与实际情况有较大差距，不能有效指导实际生产。
发明内容
本发明提供一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，要解决的技术问题是：计算出复杂薄壁零件热处理后的应力分布，同时对后续加工过程的切削应力进行计算，通过对比不同加工顺序下的应力分布情况，确定最佳的加工工艺方案。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，包含以下步骤：
S1、建立热处理有限元模型：
根据零件热处理前的状态，基于实体模型建立零件的热处理有限元模型，为了便于仿真计算，合理设置网格大小与数量。
S2、在热处理有限元模型的基础上建立机加过程有限元模型：
在热处理有限元模型的基础上，根据机加工艺流程，按加工顺序建立机加过程有限元模型，该机加过程的有限元模型为各加工过程中需要去除部分对应的单独网格模型，并保证每个单独网格模型中网格的连续性，防止在计算过程中的不收敛；
S3、在热处理有限元模型中设置零件材料参数：
材料数据是在不同温度、不同相下的各类参数，包括热物理参数如比热、密度、热交换系数等；机械参数如屈服强度、杨氏模量、应变强化值等；模拟还需要连续冷却转变曲线(CCT曲线)；
S4、进行热处理仿真：
根据零件热处理工艺，设置热处理类型，如回火，设置热处理零件材料以及相关参数，并对热处理过程的夹具进行设置，在此基础上进行热处理应力分布计算得到仿真结果；
S5、机加应力仿真：
首先导入S4得到的零件热处理仿真结果，设置好零件材料后，按照零件加工工艺，确定零件的加工顺序，同时设置零件的加工夹具，并在此基础上进行零件加工过程应力分布计算，得到零件整体变形量；
S6、通过上述步骤得到不同工艺方案对应的零件整体变形量，以最关键尺寸的最小变形量为依据，最终确定一个优化后的零件加工工艺。
有益效果：本发明以热处理仿真结果为机加应力仿真的输入，实现热处理与机加应力的连续耦合仿真，仿真结果与实际更贴合，计算出复杂薄壁零件热处理后的应力分布，同时对后续加工过程的切削应力进行计算，通过对比不同加工顺序下的应力分布情况，确定最佳的加工工艺方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，包含以下步骤：
S1、建立热处理有限元模型：
根据零件热处理前的状态，基于实体模型建立零件的热处理有限元模型，为了便于仿真计算，合理设置网格大小与数量。
S2、在热处理有限元模型的基础上建立机加过程有限元模型：
在热处理有限元模型的基础上，根据机加工艺流程，按加工顺序建立机加过程有限元模型，该机加过程的有限元模型为各加工过程中需要去除部分对应的单独网格模型，并保证每个单独网格模型中网格的连续性，防止在计算过程中的不收敛；
S3、在热处理有限元模型中设置零件材料参数：
材料数据是在不同温度、不同相下的各类参数，包括热物理参数如比热、密度、热交换系数等；机械参数如屈服强度、杨氏模量、应变强化值等；模拟还需要连续冷却转变曲线(CCT曲线)；
S4、进行热处理仿真：
根据零件热处理工艺，设置热处理类型，如回火，设置热处理零件材料以及相关参数，并对热处理过程的夹具进行设置，在此基础上进行热处理应力分布计算得到仿真结果；
S5、机加应力仿真：
首先导入S4得到的零件热处理仿真结果，设置好零件材料后，按照零件加工工艺，确定零件的加工顺序，同时设置零件的加工夹具，并在此基础上进行零件加工过程应力分布计算，得到零件整体变形量；
S6、通过上述步骤得到不同工艺方案对应的零件整体变形量，以最关键尺寸的最小变形量为依据，最终确定一个优化后的零件加工工艺。
(1)本发明中热处理与机加耦合仿真，提升了仿真效果的真实性和仿真结果的准确性。
(2)本发明提供了不同加工顺序下的零件应力分布情况，可以为零件加工工艺优化奠定了基础。
(3)本发明为零件制造过程变形控制提供了技术支撑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、建立热处理有限元模型：
S2、在热处理有限元模型的基础上建立机加过程有限元模型：
S3、在热处理有限元模型中设置零件材料参数：
S4、进行热处理仿真：
S5、以热处理仿真结果作为机加应力仿真的输入，进行机加应力仿真：
S6、通过上述步骤得到不同工艺方案对应的零件整体变形量，以最关键尺寸的最小变形量为依据，最终确定一个优化后的零件加工工艺。
2.根据权利要求1所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S1中，根据零件热处理前的状态，基于实体模型建立零件的热处理有限元模型。
3.根据权利要求2所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S1中，合理设置热处理有限元模型的网格大小与数量。
4.根据权利要求2所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S2中，在热处理有限元模型的基础上，根据机加工艺流程，按加工顺序建立机加过程有限元模型，该机加过程的有限元模型为各加工过程中需要去除部分对应的单独网格模型，并保证每个单独网格模型中网格的连续性。
5.根据权利要求4所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S3中，零件材料参数包括材料数据、机械参数。
6.根据权利要求5所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S3中，材料数据包括热物理参数如比热、密度、热交换系数等；机械参数包括屈服强度、杨氏模量、应变强化值。
7.根据权利要求5所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S3中，还需要连续冷却转变曲线。
8.根据权利要求4所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S4中，根据零件热处理工艺，设置热处理类型，设置热处理零件材料以及相关参数，并对热处理过程的夹具进行设置，在此基础上进行热处理应力分布计算得到仿真结果。
9.根据权利要求4所述的一种热处理与机加工连续的应力耦合仿真方法，其特征在于，S5中，首先导入S4得到的零件热处理仿真结果，设置好零件材料后，按照零件加工工艺，确定零件的加工顺序，同时设置零件的加工夹具，并在此基础上进行零件加工过程应力分布计算，得到零件整体变形量。
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