[发明专利]基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法

说明书

本发明公开了一种基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法，用于解决现有薄壁件残余应力变形预测方法实用性差的技术问题。技术方案是首先通过有限元仿真方法预估薄壁件的残余应力变形趋势，在大变形区域添加装夹力感知点；然后设计感知夹具，通过压力传感器在感知点监测加工过程中装夹力的变化；最后通过建立装夹系统静定基的有限元模型，在感知点施加装夹力变化值的反力，得到零件的残余应力变形，实现了薄壁件残余应力变形的预测。本发明无需获取准确的加工残余应力值，解决了现有薄壁件残余应力变形预测方法施加加工残余应力不准确导致变形预测误差大的技术问题，同时解决了薄壁件残余应力变形难以准确预测的技术问题，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种薄壁件残余应力变形预测方法，特别涉及一种基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法。

背景技术

有限元仿真是目前主要的残余应力变形预测的研究方法。目前对残余应力变形的仿真普遍采用的方法是：针对初始残余应力变形，将测量得到的毛坯初始残余应力施加到毛坯有限元模型上，利用单元生死的方法仿真材料的去除，获得最终零件结构和应力分布状态，进而得到初始残余应力变形；针对加工残余应力变形，多采用将X射线衍射测量得到的某一固定工况下的加工表层残余应力分布向零件表层施加的方法，应力平衡获得加工残余应力变形。

文献“Finite Element Modeling of Part Distortion，ICIRA 2008,Part II,LNAI 5315,pp.329-338,2008.”公开了一种薄壁件残余应力变形预测的方法。该方法采用有限元仿真技术，将测量得到的毛坯材料初始残余应力与零件表面的加工残余应力施加到零件的有限元模型上，通过仿真刀具切削过程，实现材料去除，最终预测得到零件的残余应力变形。

上述方法的应用具有很大的限制，只能针对简单工况、简单零件结构零件的理想加工状态展开仿真研究，与实际加工差距较大。实际加工中，由于刀具磨损、材料分布不均等因素的影响，同一固定工况下加工残余应力分布不一致导致了应力施加的不准确；另外，多数薄壁零件复杂的型面结构、时变的加工工况，也导致了残余应力难以准确获取，此时无法采用有限元仿真的方法准确预测残余应力变形。

发明内容

为了克服现有薄壁件残余应力变形预测方法实用性差的不足，本发明提供一种基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法。该方法首先通过有限元仿真方法预估薄壁件的残余应力变形趋势，在大变形区域添加装夹力感知点；然后设计感知夹具，通过压力传感器在感知点监测加工过程中装夹力的变化；最后通过建立装夹系统静定基的有限元模型，在感知点施加装夹力变化值的反力，得到零件的残余应力变形，实现了薄壁件残余应力变形的预测。本发明无需获取准确的加工残余应力值，解决了现有薄壁件残余应力变形预测方法施加加工残余应力不准确导致变形预测误差大的技术问题。由于将传感监测技术应用到薄壁件加工中，解决了薄壁件残余应力变形难以准确预测的问题，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于装夹力监测的薄壁件残余应力变形感知预测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、确定装夹力感知位置。在有限元分析软件中，建立零件的三维模型，对建立的有限元模型赋予材料属性、边界条件，对所述模型划分网格以便得到多个单元，在表层单元按照距加工表面深度施加一个近似的加工残余应力分布，提交有限元分析，预估零件的变形状态。在变形较大的部位施加装夹力感知点。

步骤二、设计装夹方案。设计专用的感知夹具，为便于装夹力感知，将多余约束设计成点约束类型，将压力传感器安装于点约束装夹上。

步骤三、加工感知。按步骤二设计的装夹方案装夹零件，按照给定工况完成零件的加工。在设定的感知时间点记录装夹力的数值。

步骤四、残余应力变形求解。

(a)建立残余应力变形感知预测的数学模型。

感知预测的数学模型表达如下：