[发明专利]基于有限元的机床关重件残余应力多工序连续建模仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元的机床关重件残余应力多工序连续建模仿真方法，包括：步骤一，关重件模型简化和铸造系统三维建模；步骤二，关重件铸造过程有限元仿真；步骤三，关重件铸造应力场的系数修正；步骤四，关重件机加工残余应力仿真；步骤五，关重件热时效过程残余应力有限元仿真。本发明实现了铸造、切削和热时效过程的多工序连续仿真；且其以盲孔法试验测量值为参考，提取关重件铸造仿真对应点的应力值，通过MATLAB运用最小二乘法拟合出对应点的试验值和仿真值误差最小的修正系数，然后对整个铸造应力场数据进行修正，提高了有限元仿真的计算精度，并解决了准确将横梁修正后的铸造应力场导入到ABAQUS中的技术问题。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种基于有限元的机床关重件残余应力多工序连续建模仿真方法。

背景技术

数控机床作为装配制造业的“工作母机”，其技术水平和产品质量是衡量制造业发展的重要标志。国产数控机床的精度在使用过程中会逐渐变差，而数控机床关重件的精度保持性是影响机床精度的主要原因之一。数控机床的关重件由于结构复杂，在铸造、机加工、时效处理等工艺中，关重件各部位间的温度变化速度不同导致残余应力的产生，且关重件内部残余应力释放引起的变形是导致数控机床精度保持性变差的主要原因。

目前我国机床生产单位对机床关重件的残余应力重视度不够，且关重件残余应力消减工艺不规范以及未对残余应力消减效果进行定量分析和评估；而通过盲孔法试验只能测量关重件有限个点的残余应力，得不到连续加工过程中关重件整体残余应力分布规律，从而不能对关重件内部残余应力做出相关工艺调控，导致部分关重件在装配时内部残留较大的应力，在后期的部件装配和机床服役过程中内部残余应力释放产生变形，降低关重件的几何精度，若变形不大可再次时效处理，变形较大则可能导致部件报废，从而增加了企业的生产制造成本。

因此有必要得到机床关重件在制造过程中的残余应力变化规律，更好地评价热时效过程中残余应力的消减效果，以便于调控制造过程中关重件内部残余应力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于有限元的机床关重件残余应力多工序连续建模仿真方法，以得到机床关重件在制造过程中的残余应力变化规律，分析机床关重件在热时效工序中其内部残余应力的消除率，评估各工序中关重件内部应力状态，进而便于调控优化关重件的制造工艺，降低机床关重件生产制造成本。

本发明基于有限元的机床关重件残余应力多工序连续建模仿真方法，包括以下步骤：

步骤一：关重件铸造系统三维建模

1)根据机床关重件的实际铸件工艺，应用三维建模软件简化关重件的三维模型；

2)应用三维建模软件设计出关重件的铸造系统的三维模型装配体，所述铸造系统包括浇注系统和冒口，并将关重件铸造系统的三维模型装配体以IGES格式输出；

3)将IGES格式文件导入铸造有限元仿真软件ProCAST中；

步骤二：关重件铸造过程有限元仿真

1)在ProCAST中建立关重件的砂箱模型，修复关重件铸造系统的三维模型装配体中的重叠面和实体相交区域，确定关重件、浇注系统、冒口、砂箱有限元网格单元尺寸大小，得到有限元网格模型；

2)设置铸件、浇注系统、冒口以及砂箱的材料属性参数，根据实际铸造工艺设置铸造仿真的浇注方向、各部件间界面换热系数、冷却条件、浇注温度和时间、保温时间、开箱温度等工艺参数，仿真得到关重件铸造过程中的温度场和铸造应力场；

步骤三：关重件铸造应力场的系数修正

1)输出ProCAST仿真得到的铸造应力，并通过盲孔法试验测量得到关重件导轨面上有限个点的残余应力值；