薄壁件變形的案例
三坐標(biāo)檢測(cè)薄壁件：如何消除裝夾變形誤差？
在精密制造領(lǐng)域，薄壁零件（如電機(jī)端蓋、航空結(jié)構(gòu)件）的三坐標(biāo)檢測(cè)長(zhǎng)期面臨一個(gè)隱蔽而頑固的挑戰(zhàn)：裝夾變形。
在薄壁件測(cè)量中，傳統(tǒng)方法對(duì)“裝夾導(dǎo)致的變形誤差”幾乎無(wú)法覺(jué)察。當(dāng)這種變形在測(cè)量時(shí)被掩蓋，裝配時(shí)卻暴露，最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品振動(dòng)、異響甚至失效——當(dāng)壁厚僅2-3mm的端蓋承受傳統(tǒng)虎鉗數(shù)百牛頓的夾緊力時(shí)，其微米級(jí)的形變足以讓高端電機(jī)的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能失控。
薄壁件在裝夾過(guò)程中變形本質(zhì)是“夾具-工件系統(tǒng)”在測(cè)量力、重力與夾緊力耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)。以典型電機(jī)端蓋為例（壁厚2-3mm），其裝夾需滿足三大條件：
1.力與力矩平衡
在夾緊點(diǎn)需滿足∑F=0（合力平衡）與∑M=0（合力矩平衡）。若夾點(diǎn)分布不對(duì)稱，局部力矩將誘發(fā)翹曲變形，導(dǎo)致端面平面度失真。
2.摩擦約束失效
根據(jù)庫(kù)倫摩擦定律，夾具與工件的切向力需滿足|Fx|+|Fy|≤μFz（μ為摩擦系數(shù)）。當(dāng)夾緊力不足時(shí)，工件在測(cè)量過(guò)程中可能發(fā)生微滑移，產(chǎn)生“虛位誤差”。
3.材料彈性變形限界
法向接觸力Fz必須滿足0<Fz≤Sy·A（Sy為屈服強(qiáng)度，A為接觸面積）。當(dāng)鋁合金端蓋（Sy≈120MPa）與直徑8mm鋼質(zhì)墊塊接觸時(shí)，單點(diǎn)夾緊力超過(guò)300N即產(chǎn)生塑性壓痕，使軸承安裝孔圓度偏差擴(kuò)大3倍。
“柔性?shī)A具+低測(cè)力觸發(fā)”三坐標(biāo)檢測(cè)的復(fù)合解決方案
如針對(duì)電機(jī)端蓋、殼體類零件易受裝夾與測(cè)量力影響產(chǎn)生微變形，以及深腔微型特征，中圖儀器三坐標(biāo)夾具使用在測(cè)量機(jī)上，利用其模塊化的支持和參考裝置，完成對(duì)所測(cè)工件的柔性固定；測(cè)頭觸發(fā)平衡力學(xué)設(shè)計(jì)，靈敏、可靠、耐久，具有高觸發(fā)測(cè)量重復(fù)性，豐富的測(cè)針配件系統(tǒng)滿足多樣化的測(cè)量需求。
展開(kāi) Abaqus薄壁件銑削(殘余應(yīng)力+最終變形)仿真案例講解(下)
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Abaqus薄壁件銑削變形仿真案例講解(Python前處理+單元生死法)
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procast大型薄壁件的充型及凝固
procast大型薄壁件的充型及凝固
如何克服變形？數(shù)控車削加工薄壁零件的技巧
為使工件斷開(kāi)時(shí)的切口平整，刀刃口要斜磨，使工件端面平整；護(hù)軸磨小的一段就是為了切斷留有空隙而磨小，護(hù)軸為減少工件變形，防止振動(dòng)，以及切斷時(shí)掉下碰傷原故。
結(jié)論
以上方法加工薄壁套管，解決了變形或造成尺寸誤差和形狀誤差而達(dá)不到要求的問(wèn)題，實(shí)踐證明加工效率較高，易于操作，并且適合加工較長(zhǎng)的薄壁零件，尺寸易掌握，次性完工，批量生產(chǎn)也較實(shí)際。
薄壁注塑件常見(jiàn)缺陷，難倒你了嗎？
升高料溫 升高模溫等
毛邊
常發(fā)生公母模的結(jié)合處, 由于合模不良所致, 或是模面邊角加工不當(dāng), 成型上常由于鎖模力不夠, 料溫、壓力過(guò)高等
修正模具
重新合模
增加鎖模力(CHECK射出機(jī)臺(tái)噸位是否足夠) 降低料溫 減小注射壓力 減少保壓時(shí)間 降低保壓壓力等
變形
細(xì)長(zhǎng)件、面積大的薄壁件、或是結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的較大成品由于成型時(shí)冷卻應(yīng)力不均或頂出受力不一所致
修正頂針；設(shè)置起張緊作用的拉料銷等; 必要時(shí)公模加咬花調(diào)節(jié)變形
調(diào)整公母模模溫降低保壓等(小件變形的調(diào)節(jié)主要靠壓力大小及時(shí)間﹐大件變形的調(diào)節(jié)一般靠模溫)
表面不潔
模具表面粗糙, 對(duì)于PC料, 有時(shí)由于模溫過(guò)高, 模面有殘膠, 油漬
清理模面, 打光處理
降低模溫等
拉白
易發(fā)生于成形品薄壁轉(zhuǎn)角處或是薄壁RIB根部, 由于脫模時(shí)受力不良造成, 頂針設(shè)置不當(dāng)或是拔模斜度不夠。
展開(kāi) 項(xiàng)目展示-爆轟波作用下薄壁圓筒的變形過(guò)程
有需求聯(lián)系qq：1772619227
一種高速鍛薄壁產(chǎn)品變形問(wèn)題的優(yōu)化方案
近年來(lái)隨著汽車輕量化的要求越來(lái)越高，汽車零部件對(duì)重量的控制也越來(lái)越嚴(yán)，特別是汽車變速箱中的齒輪隨著市場(chǎng)的變化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變的越來(lái)越薄，而對(duì)于這些薄壁的齒輪因其需求量特別大，因此就需要采用節(jié)拍快、生產(chǎn)效率高、尺寸精度高、材料消耗低的高速鍛機(jī)來(lái)快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求。但產(chǎn)品壁厚變薄后會(huì)給高速鍛造工藝帶來(lái)一些新的技術(shù)挑戰(zhàn)和難題，如最常見(jiàn)的產(chǎn)品法蘭連接處變形，一旦出現(xiàn)產(chǎn)品變形，則無(wú)法滿足客戶對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求，而且也往往會(huì)因?yàn)閭魉头€(wěn)定性問(wèn)題導(dǎo)致高速鍛造生產(chǎn)線無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)。所以如何解決薄壁產(chǎn)品法蘭連接處變形問(wèn)題，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，成為了我們高速鍛工藝開(kāi)發(fā)人員必須攻克的難關(guān)。圖1～3為常規(guī)頂出方案工藝及產(chǎn)品。
圖1 采用常規(guī)頂出方案易變形的典型產(chǎn)品及工藝
圖2 其他易變形產(chǎn)品
圖3 變形后產(chǎn)品
薄壁齒坯變形原因分析
解決薄壁齒坯產(chǎn)品在高速鍛造中出現(xiàn)的變形問(wèn)題，首先需要分析引起產(chǎn)品變形的原因，這樣才能確保準(zhǔn)確、快速的解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析，目前引起產(chǎn)品在高速鍛造過(guò)程中變形的原因（圖4）主要是以下三種情況，第一種是頂出阻力過(guò)大，主要是由于預(yù)成形設(shè)計(jì)的不合理引起產(chǎn)品在成形過(guò)程中受應(yīng)力過(guò)大，不合理的模具設(shè)計(jì)包括模具表面粗糙度高、拔模角度設(shè)計(jì)不合理等。第二種是產(chǎn)品法蘭連接處壁厚太薄強(qiáng)度不足，包括產(chǎn)品有效壁厚尺寸太小、材料強(qiáng)度低等。第三種是受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響，起頂出功能的頂桿與產(chǎn)品的接觸面積相對(duì)于產(chǎn)品的橫截面較小，導(dǎo)致頂出過(guò)程中法蘭連接處強(qiáng)度不足，引起產(chǎn)品變形。實(shí)際工作中針對(duì)前兩種原因，無(wú)論是我們對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化還是調(diào)整模具的過(guò)盈量，都只能解決部分產(chǎn)品的問(wèn)題，因此我們分析得出，若想能夠真正徹底解決上述問(wèn)題，還是需要針對(duì)第三種情況尋找突破點(diǎn)。
展開(kāi) 計(jì)算機(jī)仿真克服薄壁鎂壓鑄件帶來(lái)的挑戰(zhàn)
引言
近年在華南地區(qū)流行生產(chǎn)鎂壓鑄件的本港廠商,可以引用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)解決模具
設(shè)計(jì)上的棘手問(wèn)題.鎂壓鑄件質(zhì)輕耐用的特點(diǎn),成為3C產(chǎn)品外殼的首選物料.3C產(chǎn)品
外型復(fù)雜而且纖薄,是制模技術(shù)上的一大挑戰(zhàn).本港廠商若要打開(kāi)這個(gè)高增值的市場(chǎng),
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)備是不可或缺的工具.
在目前多種解決薄壁鎂壓鑄件的方案中,計(jì)算機(jī)仿真投扮演重要的角色.限制薄壁
成型的技術(shù)因素眾多,包括產(chǎn)生冷隔,氧化層部位及困氣位置等.從前上述問(wèn)題必須經(jīng)
過(guò)重復(fù)試模辦法方可解決,所以工程師可能需要花上六個(gè)星期的時(shí)間去改進(jìn)試產(chǎn)模具的
內(nèi)澆口,橫澆道和排氣系統(tǒng),甚至不知道需要經(jīng)過(guò)多少次的改動(dòng),才能穩(wěn)定地生產(chǎn)高質(zhì)
量的零件.
德國(guó)Laichingen的Werkzeugbau Schaufler壓鑄模具制造商為解決鎂壓鑄的缺陷問(wèn)題,
采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行多種的壓鑄仿真,從中挑選最好的
模具設(shè)計(jì)方案.計(jì)算機(jī)仿真可以迅速且精確地計(jì)算設(shè)計(jì)方案,提供壓鑄模具型腔內(nèi)部特
定條件下的詳細(xì)資料.采用這種方法,Werkzeugbau Schaufler近年成功生產(chǎn)五十多種高
質(zhì)量的薄壁鎂鑄件.
Schaufler專門從事鋁和鎂壓鑄件的模具制造,其設(shè)備占地超過(guò)五萬(wàn)平方英尺;可提
供重達(dá)35噸的傳動(dòng)及離合器機(jī)架,機(jī)體結(jié)構(gòu)件和進(jìn)氣歧管的模具.該公司最近成立技
術(shù)中心,以滿足客戶縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的要求,并減少用砂型鑄造模型,改為用壓鑄件原型.
其Lajchingen壓鑄中心(DCL)的特色,在于擁有一組以2700噸鎖模力壓鑄機(jī)為基礎(chǔ)的
自動(dòng)壓鑄單元 — Buhler SC 270N,當(dāng)中還包括鋁及鎂合金熔爐,半固態(tài)壓鑄(SSM)金
屬塊加熱站,ABB噴涂料和取件機(jī)器人,冷卻池及加工中心.
展開(kāi) Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
大凸緣薄壁件沖壓成形失效分析及解決方案
作者：顧建剛
某排氣組件中單件XX.034前板為大凸緣薄壁零件，在開(kāi)發(fā)前期采用常規(guī)拉深工藝進(jìn)行試制,發(fā)現(xiàn)中間拉深部位出現(xiàn)了不同程度的減薄及破裂等失效現(xiàn)象，后通過(guò)對(duì)失效件進(jìn)行研究分析，精確工藝計(jì)算，合理優(yōu)化成形方案，完善模具結(jié)構(gòu)，成功克服失效現(xiàn)象，順利完成試制。通過(guò)對(duì)零件工序間工藝余料的精確計(jì)算，提出沖壓件工序間“儲(chǔ)料”概念，為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)件成形提供成熟經(jīng)驗(yàn)。
XX.034前板為某動(dòng)力裝置排氣組件之組成單件，外形整體為拉深件，中間拉深方向與外緣拉深方向成反向，最外緣直徑與內(nèi)圓直徑比值達(dá)3.86，為典型的大凸緣件。
由于此件形狀規(guī)則，同時(shí)材料具有良好的沖壓性能，在試制前期采用常規(guī)拉深工藝，中間拉深模采用常規(guī)90°變形率拉深法（即凹模為直角過(guò)渡），但在實(shí)際加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)中間拉深部位轉(zhuǎn)接R角處出現(xiàn)了劇烈減薄及破裂等失效現(xiàn)象。
針對(duì)失效現(xiàn)象，對(duì)實(shí)物零件進(jìn)行解剖分析研究，嘗試減小工序間變形率，提出工序間進(jìn)行“儲(chǔ)料”概念，通過(guò)精確計(jì)算，重新編排工藝路線，解決了上述減薄、破裂等問(wèn)題。
零件工藝性分析
XX.034前板零件如圖1所示。
材料
圖1 XX.034前板產(chǎn)品圖
XX.034前板材料為1Cr18Ni9Ti，為奧氏體不銹鋼，料厚為0.8mm。此鋼不能用熱處理強(qiáng)化，冷加工是強(qiáng)化的唯一手段，工序間可通過(guò)熱處理進(jìn)行恢復(fù)塑性，消除冷作硬化等現(xiàn)象。此鋼具有良好的塑性、韌性及沖壓性能，其塑性與日常使用較為廣泛的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼具體對(duì)比如表1所示，熱處理退火狀態(tài)伸長(zhǎng)率達(dá)40%，而20鋼退火狀態(tài)為25%。
表1 材料機(jī)械性能對(duì)比表
外形尺寸
XX.034前板其壁厚為0.8mm，中間部位有一拉深處，內(nèi)圓尺寸為φ40.4mm，拉深深度為18.8 mm。
展開(kāi) 
汽車電動(dòng)踏板擠出薄壁件結(jié)構(gòu)優(yōu)化（一）
薄壁擠出件
電動(dòng)踏板的面板材質(zhì)為鋁合金，加工工藝為擠出成型：將鋁合金加熱到一定溫度通過(guò)模具推擠，得到特定形狀的薄壁件產(chǎn)品。該成型工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)品沿垂直斷面方向成型，沿成型方向壁厚一致，因此斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。
薄壁擠出件截面優(yōu)化存在如下兩個(gè)問(wèn)題：1）最優(yōu)解問(wèn)題，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，斷面設(shè)計(jì)的可行解非常多，需要在眾多可行解中找出最優(yōu)解；2）薄壁件厚度分配問(wèn)題，按需分配材料厚度，進(jìn)行斷面尺寸非等厚設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮材料作用。
本文旨在解決薄壁殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題：搜索最優(yōu)截面、非等厚截面設(shè)計(jì)，達(dá)到剛質(zhì)比最優(yōu)。該方法同樣可適用于汽車固定踏板、行李架等薄壁擠出件。
3. 擠出件結(jié)構(gòu)優(yōu)化
針對(duì)某主機(jī)廠已量產(chǎn)產(chǎn)品，對(duì)面板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品剛度。
3.1 設(shè)計(jì)空間
依據(jù)功能性需求，將零件劃分為可設(shè)計(jì)區(qū)域和非設(shè)計(jì)區(qū)域，見(jiàn)下圖
圖2 設(shè)計(jì)空間示意圖
3.2 工況定義
考慮到面板踩踏性能，設(shè)置8個(gè)加載工況，踩踏重量150kg，評(píng)估踏板剛度。
圖3 工況定義
3.3 截面拓?fù)鋬?yōu)化
設(shè)計(jì)變量：采用變密度法，將設(shè)計(jì)域單元屬性作為設(shè)計(jì)變量；
優(yōu)化目標(biāo)：將八個(gè)工況的最小加權(quán)柔度作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置不同加權(quán)系數(shù)；
約束條件：體積分?jǐn)?shù)20%；
圖4 拓?fù)鋬?yōu)化概念圖
通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化得到了擠出截面的最優(yōu)概念圖，可以依據(jù)此概念圖布置加強(qiáng)筋，重構(gòu)三維模型。但是拓?fù)鋬?yōu)化后的模型，并不包含完整的壁厚信息，因此還需進(jìn)一步優(yōu)化截面各區(qū)域壁厚。
展開(kāi) Abaqus薄壁管外圓車削變形(單元生死+Python)仿真案例
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應(yīng)用實(shí)例 | Simufact 增材制造工藝仿真助力保時(shí)捷薄壁件打印
圖 3：Simufact Additive 仿真結(jié)果（左）打印件掃描結(jié)果（右）
對(duì)于復(fù)雜的自由曲面，采用光學(xué)3D掃描，例如：測(cè)量設(shè)備以及計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）可以精確的測(cè)量打印件的幾何。在本次研究中，CT 圖像結(jié)果被用于評(píng)估仿真工具的可靠性，例如變形情況預(yù)測(cè)和變形補(bǔ)償。從打印結(jié)果可以看出整體精度主要受到粉末床熔融過(guò)程中殘余應(yīng)力（材料以每秒上千度的速度冷卻時(shí)產(chǎn)生的）導(dǎo)致的變形和部件收縮的影響。
圖4：在Simufact Additive里直接進(jìn)行收縮線探測(cè)（左：打印件 右：仿真結(jié)果）
激光束粉末床熔融工藝仿真采用 Simufact Additive 軟件，通過(guò)固有應(yīng)變方法完成求解。CAD 模型采用體素單元進(jìn)行離散化，結(jié)合部件的壁厚，設(shè)置體素單元尺寸為 2mm。仿真結(jié)果包括應(yīng)力分布和變形的預(yù)測(cè)以及最終形狀的輸出。圖 3 對(duì)比了仿真結(jié)果與CT測(cè)量結(jié)果。可以看到仿真結(jié)果與實(shí)物測(cè)量結(jié)果吻合的較好，表面偏置情況和變形量與實(shí)際完全符合。通過(guò) Simufact Additive 進(jìn)一步預(yù)測(cè)了成形缺陷“收縮線”。這些收縮線發(fā)生在匯聚部位的層與層之間，在凝固過(guò)程中留在表面上，外觀可見(jiàn)。圖 4 中可以看到實(shí)物打印部件的上部區(qū)域出現(xiàn)了收縮線，而仿真軟件準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了這一成形缺陷，下一步可以基于該結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
02 價(jià)值體現(xiàn)
本研究揭示了激光束粉末床熔融工藝在汽車薄壁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性。然而，該工藝相對(duì)較高的成本將限制其應(yīng)用范圍為：小批量、高端產(chǎn)品的制造。Simufact Additive 準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了變形和收縮線，并可以基于仿真結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)一次成功打印的目標(biāo)。
展開(kāi) 第十屆切削仿真高級(jí)培訓(xùn)班-領(lǐng)航科工
首先，由深圳市青鼎裝備有限公司研發(fā)總監(jiān)馬原為大家?guī)?lái)“薄壁件加工變形仿真分析”的精彩報(bào)告，深刻剖析了薄壁件加工過(guò)程中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理及重新分布規(guī)律，同時(shí)在大量的仿真與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了薄壁件加工變形預(yù)測(cè)與控制解決方案。
青鼎裝備技術(shù)總監(jiān) 馬原
其次，深圳市青鼎裝備有限公司總經(jīng)理許超為大家做了題為“硬脆材料超聲精密加工技術(shù)及其應(yīng)用”的精彩報(bào)告，青鼎裝備依托清華大學(xué)在超聲加工領(lǐng)域十余年的科研積累和技術(shù)儲(chǔ)備，專業(yè)從事超聲裝備的研發(fā)，主要面向制造企業(yè)提供難加工材料高效精密加工整體解決方案，這是我國(guó)高校超聲加工技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的良好典范。
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