CN114799357A - 一种腹板加工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种腹板加工方法，涉及机械加工领域，旨在解决现有腹板加工方法容易出现质量问题的技术问题所述腹板加工方法，包括以下步骤：基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力‑应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序；基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工。

Description

一种腹板加工方法
技术领域
本申请涉及机械加工领域，尤其涉及一种腹板加工方法。
背景技术
在大型铝合金整体框模锻件的加工过程中，由于槽腔材料残余应力较大，加工过程中随着材料的去除，槽腔残余应力重新平衡，零件会产生较大的加工变形。航空结构件为达到控制零件重量的目的，零件的槽腔尺寸较大，腹板厚度也很薄。因此在零件的加工过程中，腹板很容易发生质量问题。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种腹板加工方法，旨在解决现有腹板加工方法容易出现质量问题的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请提出了：一种腹板加工方法，包括以下步骤：
基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；
对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工。
作为本申请一些可选实施方式，所述对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态的步骤，包括：
对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
其中，所述有限元应力-应变仿真模拟分析时的压应力方向包括：腹板平行方向和腹板垂直方向。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔仿真模型的最大允许变形量为3-3.5 mm。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为：腹板的粗加工余量＞侧面筋条的粗加工余量。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为2-3 mm。
作为本申请一些可选实施方式，所述腹板的粗加工余量为3mm，所述侧面筋条的粗加工余量为2mm。
作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板。
作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔A面的侧面筋条进行加工，获得第一面腹板半成品；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板半成品A面的腹板进行加工，获得第一面腹板。
作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔B面的侧面筋条进行加工，获得第二面腹板半成品；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第二面腹板半成品B面的腹板进行加工，获得第二面腹板。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔仿真模型基于ABAQUS仿真软件构建。
本申请所述腹板加工方法先是基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；并对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；再基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，从而对所述待加工腹板槽腔进行加工。通过上述方法，通过对待加工腹板槽腔进行仿真模拟从而获得腹板鼓动变形的原因，再将所获得的模拟结果与腹板的结构特征进行结合，设计获得粗加工余量和精加工顺序，从而使得加工过程中，通过减少粗加工余量，避免因加工过量而导致腹板槽腔变形；另一方面，通过对腹板的精加工顺序进行设计，从而利于在加工过程中腹板向四周伸展，从而使得腹板残余应力进一步的得到释放，进而避免出现腹板变形的情况出现。
附图说明
图1是本申请实施例所述腹板加工方法的流程示意图；
图2是本申请实施例所述待加工腹板槽腔仿真模型的模拟实验图；
图3是本申请实施例所述腹板零件结构特征示意图；
图4是本申请实施例所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序对所述待加工腹板槽腔进行加工的流程示意图；
图5是本申请实施例所述对腹板槽腔A面加工的流程示意图；
图6是本申请实施例所述待加工腹板槽腔A面、第一面腹板半成品和第一面腹板的零件状态示意图；
图7是本申请实施例所述对腹板槽腔B面加工的流程示意图；
图8是本申请实施例所述待加工腹板槽腔B面、第二面腹板半成品和第二面腹板的零件状态示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
现有的零件槽腔精加工顺序为：先使用大直径刀具加工全部槽腔腹板面到位，然后使用小直径刀具加工全部槽腔筋条侧面到位。这样的加工方法虽然加工效率高、刀具轨迹程序编制方便。但在大型铝合金整体框模锻件的加工过程中，由于槽腔材料残余应力较大，加工过程中随着材料的去除，槽腔残余应力重新平衡，零件会产生较大的加工变形。航空结构件为达到控制零件重量的目的，零件的槽腔尺寸较大，腹板厚度也很薄。在零件的加工过程中，当槽腔残余应力过大，腹板容易发生质量问题。即零件加工过程中材料去除后，槽腔残余应力重新平衡，腹板受到来自四周筋条的压应力，当槽腔残余应力过大，来自腹板四周筋条的压应力超过腹板承受能力的阀值，腹板就会失稳，发生鼓动变形。
基于此，如图1所示，本申请的实施例提出了一种腹板加工方法，包括以下步骤：
S1、基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；
S2、对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
S3、基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序；
S4、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工。
可以看出，本申请所述腹板加工方法先是基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；并对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；再基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，从而对所述待加工腹板槽腔进行加工。通过上述方法，通过对待加工腹板槽腔进行仿真模拟从而获得腹板鼓动变形的原因，再将所获得的模拟结果与腹板的结构特征进行结合，设计获得粗加工余量和精加工顺序，从而使得加工过程中，腹板的残余应力得到充分释放，进而避免在加工过程中腹板变形的情况出现。
为了更好的对腹板加工过程中残余应力进行模拟，从而更精准的判断导致腹板鼓动变形的原因，作为本申请一些可选实施方式，所述对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态的步骤，包括：
对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
其中，所述有限元应力-应变仿真模拟分析时的压应力方向包括：腹板平行方向和腹板垂直方向。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔仿真模型的最大允许变形量为3-3.5 mm。下面将进行举例说明：如图2所示，型号为7050-T7452、槽腔尺寸规格为220*175mm、腹板厚度1.5mm、筋条厚度1.5mm的零件材料，经过本申请所述方法进行模拟后，通过在腹板四周截面位置施加不同级别的均布压力后，腹板中间会出现变形，而当腹板中间最大变形量达到3.3mm时，腹板四周靠近筋条处基本无法观测出变形；且根据该模拟实验，可以判断出造成腹板鼓动的压应力来源于腹板四周筋条给出的平行于腹板的压应力。
基于此，如图3所示，为本申请所述腹板零件结构特征示意图，结合所述腹板槽腔的结构特征，即腹板处较为薄弱，对粗加工余量进行设计；作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为：腹板的粗加工余量＞侧面筋条的粗加工余量。具体来说，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为2-3 mm。更具体地，所述腹板的粗加工余量为3mm，所述侧面筋条的粗加工余量为2mm。传统的加工方法通常采用的粗加工余量为3-6mm，而本申请则是通过减少粗加工余量，让腹板槽腔中的残余应力得到充分释放，从而避免加工过程中腹板变形，并且减少了加工材料的去除量。
为了利于加工过程中腹板向四周伸展，从而使得腹板残余应力得到更充分的释放，作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工的步骤，如图4所示，包括：
S41、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板；
S42、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板。
基于上述腹板鼓动变形的原因，本实施例除了对粗加工余量进行了限定外，还对精加工顺序进行了限定，即作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板的步骤，如图5所示，包括：
S411、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔A面的侧面筋条进行加工，获得第一面腹板半成品；
S412、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板半成品A面的腹板进行加工，获得第一面腹板。
其中，所述待加工腹板槽腔A面、第一面腹板半成品和第一面腹板的零件状态示意图如图6所示。
作为本申请一些可选实施方式，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板的步骤，如图7所示，包括：
S421、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔B面的侧面筋条进行加工，获得第二面腹板半成品；
S422、基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第二面腹板半成品B面的腹板进行加工，获得第二面腹板。
其中，所述待加工腹板槽腔B面、第二面腹板半成品和第二面腹板的零件状态示意图如图8所示。
可以看出，本申请将腹板零件分为A、B两面进行先后加工，再分别针对A面和B面进行了腹板和侧面筋条的精加工顺序进行了限定，即先将侧面筋条加工到位后，腹板四周的筋条刚性明显减弱，从而利用后续再对腹板进行加工到位时，腹板向四周伸展，进而使得腹板残余力得到更充分的释放，达到改善腹板鼓动变形的技术目的。
作为本申请一些可选实施方式，所述待加工腹板槽腔仿真模型基于ABAQUS仿真软件构建。
本申请基于ABAQUS有限元分析软件对所述待加工腹板槽腔仿真模型构建，对腹板槽腔加工过程进行仿真模拟，仿真结果形象、直观、准确、可信度高，从而对腹板槽腔加工过程腹板鼓动变形的情况进行模拟预测，从而对实践加工作出有效指导。
综上所述，本申请所述腹板加工方法先是基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；并对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；再基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，从而对所述待加工腹板槽腔进行加工。可以看出，本申请所述加工方法主要从两方面进行改进，分别是1）减少粗加工余量，让腹板槽腔中的残余应力得到充分释放，从而避免加工过程中腹板变形，并且减少了加工材料的去除量；2）确定加工的先后顺序，即按照A面侧面筋条、A面腹板、B面侧面筋条和B面腹板的顺序进行加工，从而使得加工过程中腹板向四周伸展，从而使得腹板残余应力得到更充分的释放，进而避免出现腹板变形的情况出现；并且通过先将侧面筋条加工到位后，腹板四周的筋条刚性明显减弱，从而利用后续再对腹板进行加工到位时，腹板向四周伸展，进而使得腹板残余力得到更充分的释放，达到改善腹板鼓动变形的技术目的。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种腹板加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于待加工腹板槽腔，获得待加工腹板槽腔仿真模型；
对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
基于所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态，获得所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工。
2.根据权利要求1所述腹板加工方法，其特征在于，所述对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态的步骤，包括：
对所述待加工腹板槽腔仿真模型进行有限元应力-应变仿真模拟分析，获得所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态；
其中，所述有限元应力-应变仿真模拟分析时的压应力方向包括：腹板平行方向和腹板垂直方向。
3.根据权利要求1所述腹板加工方法，其特征在于，所述待加工腹板槽腔仿真模型的毛坯残余应力分布状态为：平行于腹板的压应力。
4.根据权利要求1所述腹板加工方法，其特征在于，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为：腹板的粗加工余量＞侧面筋条的粗加工余量。
5.根据权利要求3所述腹板加工方法，其特征在于，所述待加工腹板槽腔的粗加工余量为2-3 mm。
6.根据权利要求4所述腹板加工方法，其特征在于，所述腹板的粗加工余量为3mm，所述侧面筋条的粗加工余量为2mm。
7.根据权利要求1所述腹板加工方法，其特征在于，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔进行加工的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板。
8.根据权利要求7所述腹板加工方法，其特征在于，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔的A面进行加工，获得第一面腹板的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔A面的侧面筋条进行加工，获得第一面腹板半成品；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板半成品A面的腹板进行加工，获得第一面腹板。
9.根据权利要求7所述腹板加工方法，其特征在于，所述基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第一面腹板的B面进行加工，获得第二面腹板的步骤，包括：
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述待加工腹板槽腔B面的侧面筋条进行加工，获得第二面腹板半成品；
基于所述待加工腹板槽腔的粗加工余量和精加工顺序，对所述第二面腹板半成品B面的腹板进行加工，获得第二面腹板。
10.根据权利要求1所述腹板加工方法，其特征在于，所述待加工腹板槽腔仿真模型基于ABAQUS仿真软件构建。
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