铝合金单面带筋结构的加工变形研究
发布时间：2021-07-23 13:37
铝合金具有强度高、密度小、断裂韧性高等优点,属于轻质高强结构材料,在航空航天与武器装备领域中得到了广泛应用。然而,铝合金板材在切削加工后会发生变形,且不同炉批次的毛坯加工后其变形程度不同。针对某型号飞机长桁为典型的单面带筋结构件在加工后出现的变形问题,为使最终变形控制在技术指标之内,本文开展了铝合金单面带筋结构加工变形研究,揭示了走刀方式、切削参数及刀具选择对薄壁件切削变形影响的一般规律,提出了针对波动初始残余应力导致加工变形的工艺优化方案,并进行了试验验证。本文主要工作如下:（1）通过典型尺寸薄壁的切削加工试验和变形模拟分析,研究了切削参数、刀具齿数和直径、走刀方式对切削力和表面残余应力的影响规律,提出了减小变形和优化残余应力的工艺方案。（2）针对两种厚度多批次的7050-T7451铝合金板进行了应力测试,获得了板材初始应力分布规律和波动数据;进行了单面零件加工变形的理论和仿真分析,提出了通过改变零件位置、加工顺序和精加工余量控制加工变形的一般方法。（3）构建了基于波动初始残余应力的单面零件的弯曲变形函数,分析了长桁在材料切除后的结构受力变形情况,阐明了零件位置和精加工余量与加工弯曲...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
整体结构件加工变形的影响因素
图 1.2 双面带筋结构与单面带筋结构示意图铝合金板的加工变形主要是由于残余应力的释放造成的，尤其是在材料去除率高的零件，残余应力重新平衡引起的加工变形是导致最终尺寸超差或者不满足设计要求的主要原因[38][39]。因而，众多学者对加工变形的控制研究都集中在残余应力上，无论是在毛坯的制备中，还是在工艺的设计上，亦或是加工的后处理上，都会或多或少针对内应力的释放而采取相应措施。在粗加工中，大部分余量被迅速去除，毛坯的初始残余应力得到充分释放，然后再通过自然时效、定位面精加工将粗加工中产生的变形消除，通过真空装夹、在线测量等方法调整精加工工艺，从而达到控制最终变形的效果[40][41]。加工变形的控制可以分为以下三个部分：（1）残余应力的分析。由于单面结构件加工变形在很大程度上是由于加工中毛坯应力破坏及再平衡后导致的结果，因而掌握毛坯应力的分布规律对预测加工变形有巨大作用。不同的毛坯制备工艺，不同的储放、运输环境，不同的材料属性，甚至是不同的炉批次，最终的毛坯内应力均不相同。在后续加工中，相同的加工工艺会因残余应力的波动而产生不同的加工变形。因此，残余应力测量对后续加工分析有重要意义。（2）变形预测。根据不同的毛坯应力和加工工艺，通过基础实验，并采取有限元软件模拟
1）针对薄壁件因切削力出现让刀和切削残余应力导致变形的问题，在整体结构件分析的基础上，通过典型参数切削试验，采用动态测力仪测量切削力以及 X 射线量切削表面残余应力相结合的方法，研究典型切削参数下的切削力和切削残余应的影响，掌握切削力在切宽和切深方向上的分布、数据范围以及切削残余应力在面的分布规律，解决切削力和切削残余应力对薄壁件切削变形的问题。2）针对不同批次、不同厚度毛坯内应力导致薄壁件变形的问题，基于薄壁整体结机理分析，通过毛坯应力测量实验和有限元分析，研究不同批次、不同厚度毛坯变形的影响，总结内应力在铝合金预拉伸板上的分布规律，制定针对不同批次毛，解决内应力导致薄壁件变形的问题。3）针对薄壁整体结构件加工变形的问题，基于薄壁整体结构件加工变形控制技术变形机理分析和典型工艺的加工变形分析，采用典型结构件变形控制试验方法，，研究毛坯应力、切削力、切削残余应力和工艺参数等对加工变形的耦合影响，构的变形控制方法，解决薄壁整体结构件加工变形问题。细的技术路线，如图 1.3：
【参考文献】：
期刊论文
[1]初始残余应力和切削残余应力对薄壁件加工变形的影响[J]. 王民,刘宇男,孙国智,王萍. 北京工业大学学报. 2017(08)
[2]基于ABAQUS的航空7075铝合金切削二维仿真[J]. 孙会来,李丹,赵方方,于欣欣. 天津工业大学学报. 2017(01)
[3]基于轮廓法测试焊接件内部残余应力[J]. 莫明朝. 低碳世界. 2017(05)
[4]孔强化对7050铝合金残余应力分布的影响[J]. 黄宏,赵庆云,刘风雷. 航空制造技术. 2016(19)
[5]一种铝合金模锻件残余应力状态的研究[J]. 樊蕾,程绍杨. 新技术新工艺. 2016(07)
[6]Residual stress measurement of coarse-grain aluminum alloy using X-ray diffraction method[J]. 孙建通,李晓延,张亮,兖文涛,李庆庆. China Welding. 2016(02)
[7]2124铝合金曲边薄壁结构加工变形仿真分析[J]. 申运锋,赵妍,杨生国,李永铜,付嘉宝,苏宏华,何临江. 航空工程进展. 2016(02)
[8]基于ABAQUS的航空叶轮铣削变形机理研究[J]. 李林,蔡安江. 组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[9]7075T651铝合金板材内部初始残余应力分布研究[J]. 刘良宝,孙剑飞,陈五一,陈清良. 中国机械工程. 2016(04)
[10]铝合金材料的机械加工工艺研究[J]. 孙韶渝,刘强,张淑清. 机械制造与自动化. 2015(04)
博士论文
[1]飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D]. 张峥.南京航空航天大学 2016
[2]铝合金航空整体结构件加工变形机理与预测研究[D]. 黄晓明.山东大学 2015
[3]基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D]. 覃孟扬.华南理工大学 2012
[4]航空整体结构件加工变形滚压校正理论及方法研究[D]. 王中秋.山东大学 2009
[5]航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D]. 唐志涛.山东大学 2008
[6]航空多框整体结构件铣削变形机理与预测分析研究[D]. 郭魂.南京航空航天大学 2005
[7]航空铝合金残余应力消除及评估技术研究[D]. 王秋成.浙江大学 2003
硕士论文
[1]铝合金薄壁框架件应力测试方法及分布机制研究[D]. 刘义鹏.中南林业科技大学 2016
[2]7055机翼壁板加工变形研究[D]. 宋寒.南京航空航天大学 2015
[3]2124铝合金薄壁结构件加工变形控制技术研究[D]. 付嘉宝.南京航空航天大学 2015
[4]铝合金预拉伸板材残余应力测试及工件变形预测系统开发[D]. 周长安.山东大学 2014
[5]复杂薄壁件铣削加工变形与残余应力控制研究[D]. 李康.东华大学 2013
本文编号：3299392
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
整体结构件加工变形的影响因素
图 1.2 双面带筋结构与单面带筋结构示意图铝合金板的加工变形主要是由于残余应力的释放造成的，尤其是在材料去除率高的零件，残余应力重新平衡引起的加工变形是导致最终尺寸超差或者不满足设计要求的主要原因[38][39]。因而，众多学者对加工变形的控制研究都集中在残余应力上，无论是在毛坯的制备中，还是在工艺的设计上，亦或是加工的后处理上，都会或多或少针对内应力的释放而采取相应措施。在粗加工中，大部分余量被迅速去除，毛坯的初始残余应力得到充分释放，然后再通过自然时效、定位面精加工将粗加工中产生的变形消除，通过真空装夹、在线测量等方法调整精加工工艺，从而达到控制最终变形的效果[40][41]。加工变形的控制可以分为以下三个部分：（1）残余应力的分析。由于单面结构件加工变形在很大程度上是由于加工中毛坯应力破坏及再平衡后导致的结果，因而掌握毛坯应力的分布规律对预测加工变形有巨大作用。不同的毛坯制备工艺，不同的储放、运输环境，不同的材料属性，甚至是不同的炉批次，最终的毛坯内应力均不相同。在后续加工中，相同的加工工艺会因残余应力的波动而产生不同的加工变形。因此，残余应力测量对后续加工分析有重要意义。（2）变形预测。根据不同的毛坯应力和加工工艺，通过基础实验，并采取有限元软件模拟
1）针对薄壁件因切削力出现让刀和切削残余应力导致变形的问题，在整体结构件分析的基础上，通过典型参数切削试验，采用动态测力仪测量切削力以及 X 射线量切削表面残余应力相结合的方法，研究典型切削参数下的切削力和切削残余应的影响，掌握切削力在切宽和切深方向上的分布、数据范围以及切削残余应力在面的分布规律，解决切削力和切削残余应力对薄壁件切削变形的问题。2）针对不同批次、不同厚度毛坯内应力导致薄壁件变形的问题，基于薄壁整体结机理分析，通过毛坯应力测量实验和有限元分析，研究不同批次、不同厚度毛坯变形的影响，总结内应力在铝合金预拉伸板上的分布规律，制定针对不同批次毛，解决内应力导致薄壁件变形的问题。3）针对薄壁整体结构件加工变形的问题，基于薄壁整体结构件加工变形控制技术变形机理分析和典型工艺的加工变形分析，采用典型结构件变形控制试验方法，，研究毛坯应力、切削力、切削残余应力和工艺参数等对加工变形的耦合影响，构的变形控制方法，解决薄壁整体结构件加工变形问题。细的技术路线，如图 1.3：
【参考文献】：
期刊论文
[1]初始残余应力和切削残余应力对薄壁件加工变形的影响[J]. 王民,刘宇男,孙国智,王萍. 北京工业大学学报. 2017(08)
[2]基于ABAQUS的航空7075铝合金切削二维仿真[J]. 孙会来,李丹,赵方方,于欣欣. 天津工业大学学报. 2017(01)
[3]基于轮廓法测试焊接件内部残余应力[J]. 莫明朝. 低碳世界. 2017(05)
[4]孔强化对7050铝合金残余应力分布的影响[J]. 黄宏,赵庆云,刘风雷. 航空制造技术. 2016(19)
[5]一种铝合金模锻件残余应力状态的研究[J]. 樊蕾,程绍杨. 新技术新工艺. 2016(07)
[6]Residual stress measurement of coarse-grain aluminum alloy using X-ray diffraction method[J]. 孙建通,李晓延,张亮,兖文涛,李庆庆. China Welding. 2016(02)
[7]2124铝合金曲边薄壁结构加工变形仿真分析[J]. 申运锋,赵妍,杨生国,李永铜,付嘉宝,苏宏华,何临江. 航空工程进展. 2016(02)
[8]基于ABAQUS的航空叶轮铣削变形机理研究[J]. 李林,蔡安江. 组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[9]7075T651铝合金板材内部初始残余应力分布研究[J]. 刘良宝,孙剑飞,陈五一,陈清良. 中国机械工程. 2016(04)
[10]铝合金材料的机械加工工艺研究[J]. 孙韶渝,刘强,张淑清. 机械制造与自动化. 2015(04)
博士论文
[1]飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D]. 张峥.南京航空航天大学 2016
[2]铝合金航空整体结构件加工变形机理与预测研究[D]. 黄晓明.山东大学 2015
[3]基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D]. 覃孟扬.华南理工大学 2012
[4]航空整体结构件加工变形滚压校正理论及方法研究[D]. 王中秋.山东大学 2009
[5]航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D]. 唐志涛.山东大学 2008
[6]航空多框整体结构件铣削变形机理与预测分析研究[D]. 郭魂.南京航空航天大学 2005
[7]航空铝合金残余应力消除及评估技术研究[D]. 王秋成.浙江大学 2003
硕士论文
[1]铝合金薄壁框架件应力测试方法及分布机制研究[D]. 刘义鹏.中南林业科技大学 2016
[2]7055机翼壁板加工变形研究[D]. 宋寒.南京航空航天大学 2015
[3]2124铝合金薄壁结构件加工变形控制技术研究[D]. 付嘉宝.南京航空航天大学 2015
[4]铝合金预拉伸板材残余应力测试及工件变形预测系统开发[D]. 周长安.山东大学 2014
[5]复杂薄壁件铣削加工变形与残余应力控制研究[D]. 李康.东华大学 2013
本文编号：3299392
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