Morfeo 的多过程加工仿真

改革与创新, 工业应用和最新发展

在多过程加工中，应力释放的问题

•传统的有限元分析的局限

•机械加工，使用level-set 方法

•工业应用

•发展经历

机械加工仿真的主要目标：

1)预测最终的产品形状，减少多工序加工中的错误。

2) 目标是为了减少变形、扭曲。

预测:

•残余应力造成的变形扭曲

•加工过程中，刀具工件的振动

•夹具和刀具产生的转向力

•加工导致的残余应力减少

关注:

•最终产品形状及品质

•生产优化

•减少工业生产时间

•为概念设计提供帮助

局部范围的加工

–瞬间模拟

–考虑刀具(力，形状，…)

•整体加工(单工步)

–稳定模拟 (一步)

–节省刀具

•整体加工(多工步)

–稳定的模拟 (比如和实际操作一样多的步骤)

–节省刀具

在加工开始，无平衡等效的应力场

最大值.初始残余应力: ~220 MPa

 在加工结束时的变形、扭曲

致力于工业应用

•预测最终零件形状

•限制变形的主要来源: 产生于上一级加工的残余应力释放

=>满足工件尺寸公差范围, 无需刀尖范围

•操作正确的多过程加工

当每一加工过程后工件设置更新的时候，切削路径保持在初始设置

工件的网格划分必须适合切削路径

•对于多工序加工的主要问题:确定与之前的操作无关的切削路径

(当刀具路径在初始状态时工件处于变形的结构) =>需要大量的网格再划分

•用商业有限元软件包处理两个工步之间的转换，会变得非常麻烦

构想:单独定义不同的最初的切削路径或变形的网格划分!

•解决:用level-set (LS) !(标定场到界面的距离)来描绘路径!

•优点:

在变形形态(由于之前的操作造成的)下执行计算的时候，对所有的加工路径的初 始配置，再确定一次!

-充分的BC处理, 网格不必用再匹配新的边界!

-我们可以保持网格在初始(甚至更新)状态，不必再进行网格划分

-加工过程变得容易优化，仅在切削路径才能给出优化变量，LS(level-set )必须进行相应的再计算但没有改变主要的网格.

典型的应用：空间结构图和对照的切削路径图.

空间结构图和对照的切削路径图

仅对整体结合的子网格联合

•在主要的网格边界和iso-0 level-set之间，创建分界面节点(不是点)作为交叉点

•对每一个接触面元素，一个子网格被联合

•仅仅是对负的level-set执行整合

输入 (所需信息)

• 加工前工件的几何图形

• 加工次序 (比如:切削面几何图形或机器的数字命令)

• 材料参数(杨氏模量, 泊松比)

• 残余应力场 (格式: Forge, Abaqus, …)

输出

• 变形云图(最终的几何形状)

• 残余应力场