[发明专利]一种工件加工变形的控制方法

说明书

本发明提供一种工件加工变形的控制方法，在初次加工阶段可以通过拓扑优化预留符合一定条件的加强筋，增强工件的抗弯刚度，能够很大程度地减小初次加工阶段的加工变形；将初次加工阶段预留有加强筋的中间工件放置96小时以上，待应力重分布充分、尺寸相对稳定后，得到稳定的中间工件，再进行热振复合时效消减残余应力，进一步减小工件变形，最后通过二次切削加工去除中间工件中预留的加强筋；此时由于应力已经充分释放且消减，且切除的加强筋相较第一次加工去除材料较少，不会产生较第一次加工所引起的较大的应力重分布，故切除加强筋后，最终得到的加工工件不会再产生较大的变形，能够有效提高工件的抗弯刚度并减小内部残余应力。

技术领域

本发明属于残余应力加工变形控制技术领域，尤其涉及一种工件加工变形的控制方法。

背景技术

加工变形主要由毛坯初始残余应力、装卡力、切削力和切削热和加工引入残余应力这四个因素造成，其中，毛坯初始残余应力对加工变形的影响最大。在零件加工前，主要通过热时效、振动时效来均化残余应力场、降低残余应力场峰值，从而控制加工变形；然而热时效耗能较高，且与振动时效一样，都存在过程不好控制、去应力效果不理想以及最终得到的工件变形仍较大的缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种工件加工变形的控制方法，通过预留加强筋的初次加工→静置至尺寸稳定→开展热振复合时效→切除预留加强筋的二次加工，可以有效地提高工件的抗弯刚度，并进一步消减残余应力来减小工件的加工变形。

一种工件加工变形的控制方法，包括以下步骤：

S1：建立待加工工件的几何模型，其中，几何模型由工件本体和待切削加工区域构成，且工件本体和待切削加工区域的拓扑加和为工件毛坯；

S2：将待加工工件的几何模型导入Hypermesh软件的Optistrcut模块，选择待切削加工区域作为优化区域，以工件的等效抗弯刚度或在弯曲载荷下的变形为优化的约束变量，对优化区域进行拓扑优化迭代，从而获得使工件等效刚度提高的加强筋分布；

S3：基于拓扑优化迭代得到的加强筋分布，建立预留加强筋的工件三维模型；

S4：根据预留加强筋的工件三维模型，对工件毛坯进行第1次切削加工，得到带有加强筋的中间工件；

S5：第1次切削加工完成后，将中间工件静置96小时，再进行热振复合时效消减残余应力，其中，待加工工件的材料不同，热振复合时效的工艺流程不同；

S6：对热振复合时效后的中间工件进行第2次切削加工，去除预留加强筋，得到最终的加工工件。

进一步地，待加工工件的材料为铝合金，则对应的热振复合时效的工艺流程如下：

0-30min：从室温25℃将中间工件均匀加热至175℃；

30-60min：令中间工件在温度175℃±2℃的范围内保温0.5小时；

60-65min：在保温状态下使中间工件振动5min，且振动频率为共振频率；

65-95min：令中间工件在温度175℃±2℃范围内保温0.5小时；

95-100min：在保温状态下使中间工件振动5min，且振动频率为共振频率；

100-340min：停止加热，中间工件随炉冷却4小时后卸除装卡，中间工件再空冷至室温，完成热振复合时效。

进一步地，将待加工工件的几何模型导入Hypermesh软件的Optistrcut模块后，通过设置Optistrcut模块中的优化区域、材料属性、网格参数、加载工况、优化类型、迭代次数、响应函数、约束条件以及优化目标来对待加工工件的优化区域进行拓扑优化迭代。

进一步地，所述几何模型为二维几何模型或三维几何模型。