薄壁切削仿真技术在军工企业的应用

由于轻量化设计的需要，各种薄壁结构件被广泛应用于航空航天制造业中以此减少重量、降低油耗，同时提高航天器或飞机的结构强度以及适用性能。但是由于薄壁零件刚性差、强度弱且结构复杂，因此难以装夹、容易变形。而且在切削加工中容易出现让刀、超差等现象，同时由于毛坯及切削残余应力等原因也会产生不确定的变形，如下图所示[1]。这些都会对加工及检测人员带来一定的麻烦，因此该类零件属于典型的难加工零件。

通过切削试验可以优化工艺参数以及工装夹具，但是由于薄壁零件的切削工况非常复杂，试验的方式成本高、效率低，因此我们可以采用仿真的方式来优化切削工艺过程。就目前来说国内军工企业技术人员对切削仿真的认识还仅仅停留在观望阶段，真正将该项技术应用到企业的工艺优化和产品研发的情况还不多，主要是大家对切削仿真还不够了解，对其产业化效果还不确定。因此本文专门就切削仿真技术在军工企业产业化应用问题进行详细阐述，希望能对大家有所启发。以下所述内容完全来自领航科工对军工企业切削仿真技术需求的调研，因此可供参考。

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企业类型

通过调研我们得知，对切削仿真技术有潜在需求的军工企业有航天科工、中航发、兵器工业、兵器装备以及航空工业等军工集团下属的研究院、军工厂和飞机制造厂等。比如航天一院的2**厂和5**厂、航天五院的5**所和5**所、航天七院的1**厂以及绵阳九院、洛阳空导院、北方重工、沈飞（上飞）等企业都对切削仿真技术、人才或者切削仿真平台建设有着明确的需求。

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结构材料

航空航天企业对金属材料、复合材料以及各种功能材料都有巨大的需求，但是和切削仿真技术相关的材料和结构目前还仅限于合金类的薄壁件，详情如下：

1. 常见的航空、航天薄壁结构包括：

薄壁壳体结构、点阵夹芯结构、蜂窝夹层结构等。

2. 常见的航空、航天材料包括：

镍基高温合金、钛合金、铝合金、镁合金、钢材等。

3. 常见的航空、航天结构件包括：

发动机机匣、舱面壁板、卫星外壳、飞机骨架以及框、肋、梁等。

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共性需求

对于军工企业薄壁件是常见的零件，然而薄壁件在切削加工过程中容易产生变形，这将会对零件的结构性能产生很大的影响，因此合金类薄壁零件切削加工的装夹变形问题是军工企业的共性需求，而采用切削仿真技术可以从仿真角度出发优化工艺参数改进装夹方案，从而解决薄壁件变形及残余应力的问题。下图为航空薄壁件加工变形的主要影响因素。

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应用现状

目前军工企业切削仿真应用现状是：有仿真意愿但无仿真技术、有仿真需求但无仿真人才、有仿真计划但无仿真软件，因此对切削仿真的具体难度、效率以及效果还有很多疑问和不确定性。

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解决方案

根据以上分析，领航科工为军工企业提供切削仿真一体化解决方案如下：切削仿真专用工作站硬件（包括高性能处理器以及独立显卡和大容量硬盘）、切削仿真显示求解软件、切削仿真航空材料参数库、切削仿真技术支持，同时为企业提供切削仿真平台方案如下图所示，以此助力我国军工企业发展。

本文首先介绍了对切削仿真技术有潜在需求的军工企业，同时梳理了军工企业中薄壁件切削加工的装夹变形等共性问题，在此基础上领航科工提出了基于切削仿真技术的军工企业薄壁件工艺优化解决方案以及切削仿真平台建设方案。切削仿真是交叉学科技术，入门门槛高、学习周期长，因此在一定程度上延缓了其产业化应用的进程。

有鉴于此，领航科工愿同大家一同努力促进切削仿真技术、人才、企业应用场景以及产学研平台资源的高度融合，最大限度的发挥其在军工企业中的作用。未来三年如果能让切削仿真技术在10到20家航空、航天企业真正体现其产业价值，这些无论对我国的切削仿真技术产业化还是军工企业的薄壁件仿真工艺优化都具有引领和示范效应。

参考文献：

[1]Qiong Wu,Da-Peng Li,Lei Ren,Shuai Mo.Detecting millingdeformation in 7075 aluminum alloy thin-walled plates using finite differencemethod[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2016,85(5-8).