铝合金带筋曲面件的铣削变形研究

发布时间：2020-05-09 11:10

【摘要】：应用于现代飞机机身的铝合金整体壁板,筋条高,结构复杂,使用传统方法成形时容易产生起皱,断裂等缺陷。有学者提出了一种新的成形方法,首先利用多点对压完成铝合金厚板的曲面成形,再用数控加工中心去除多余材料,得到需要的筋条结构。在零件成形后的去除过程中,铣削变形难以预测和控制。开展整体壁板铣削加工方面的课题研究,具有重要的应用价值。本文依据弯曲后板料内部残余应力的分布情况,研究了在假定条件下,铣削后工件内部应力的重新分布规律,据此提出了一种回弹的预测方法,结果显示:对于一定厚度的板料,在凹侧进行铣削去除,中性层向凸面侧移动,随着铣削深度增加,板料内部中性层两侧应力分别发生变化,应力释放产生的回弹亦会受到弯矩变化的影响,当铣削去除超过原始中性层时,回弹达到最大值。利用有限元模拟和铣削实验对计算结果进行验证,证明所建立的回弹预测模型能够有效地预测残余应力分布及回弹。研究了曲面件几何参数和铣削参数对工件变形的影响。不同几何参数曲面件的回弹结果显示:两方向弯曲半径相同的双曲率试件回弹更均匀;板料的初始厚度越小,铣削后曲面试件的回弹量越大;筋条厚度越大,试件的回弹越小。铣削参数与铣削后工件表面应力的关系为:随着主轴转速的增加,表面应力由压应力向拉应力过渡;切深越大,表面压应力越大;切削速度越大,表面压应力越小。非平衡应力的重新分布导致板料变形:铣削深度越大,变形量越小;铣刀主轴转速和铣削速度越大,变形越大。铣削应力与初始应力共同作用对工件的变形效果有一定的影响,取决于待铣削位置处残余应力的性质。针对本文试验件,提出了三种铣削方案,对比分析了其铣削过程,确定由外向内的“回”字形路径为最优方案。铣削路径及参数如下:第一步,按照应力在板内的“次集中区—非集中区—集中区”的顺序,选用较小主轴转速和铣削速度铣削去除6 mm;第二步,路径参数与第一步相同,在应力集中区域铣削去除2 mm,其他区域去除6 mm;第三步,选用“集中区—次集中区”的去除顺序,保持较小的主轴转速和铣削速度铣削去除2 mm;铣削完成后,增大转速和铣削速度,按照相同路径去除2 mm材料,完成试件的铣削加工。优化的路径和参数能保证板料在每一步的变形都被控制在最小。
【图文】：

残余应力分布,配模,压装,多点

且工件内部的应力难以测量。计算机仿真成为我们研究题的有效方法。ABAQUS 作为通用的数值模拟工具，不仅可以解决线性和非线性问题，也能够求解复杂非线性动力学问题和准静态问 ABAQUS 模拟整体壁板的整个加工成形过程（多点对压、回弹、铣体现弯曲后板料内部的残余应力分布情况，预测加工变形，优化加效地研究板料的变形规律。多点对压有限元模型的建立点对压的装配模型如图 2.1 所示。模型中涉及的几何部件主要包括性垫（避免压痕）和铝合金厚板。多点模具的几何模型运用 Ging（简称 GM）软件创建。合模后生成球头位置坐标，以部件形US 软件中可自动生成多点模具。铝合金厚板和弹性垫的几何模三维数字化绘图软件构建完成。

拉伸试样,尺寸,轧制方向

尺寸如图2.2 所示。分别沿 0°方向（轧制方向），45°方向和 90°方向（垂直轧制方向）切取得到 3 组试样，拉伸试样如图 2.3 所示。图 2.2 拉伸试样尺寸Fig.2.2 Dimensions of tensile specimens图 2.3 拉伸试样Fig.2.3 Tensile sample使用 CRIMS-DNS100 型万能材料拉伸试验机对 7B04-T7451 铝合金试样进行拉伸试验，获得其名义应力应变，对所得数据进行处理继而可以转化为材料的真实应力应变，得到材料的特性如抗拉强度，屈服强度等。试验在室温下进行，拉
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V261.23

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