摘要: 整体结构件的加工变形是困扰航空制造业的难题,许多变形大的整体结构件不得不增加校形工序.而校形工艺又比较"野蛮"化,时常有校裂报废现象,耽误了型号工程,经济损失巨大.本文在阐述整体结构件的国内外加工现状、产生变形原因的基础上,利用数值模拟分析... 展开 整体结构件的加工变形是困扰航空制造业的难题,许多变形大的整体结构件不得不增加校形工序.而校形工艺又比较"野蛮"化,时常有校裂报废现象,耽误了型号工程,经济损失巨大.本文在阐述整体结构件的国内外加工现状、产生变形原因的基础上,利用数值模拟分析、试验验证的手段研究了航空整体结构件加工过程中的各个阶段,包括毛坯的淬火、淬火残余应力的拉伸消除、切削过程机理和整体结构件的加工过程.材料去除导致毛坯中的残余应力重新分布是引起加工变形的重要因素.为了得到整体结构件毛坯的初始状态,采用准耦合法对航空铝合金7075进行了淬火模拟,研究了该过程中温度的变化和残余应力的分布规律.进而,在忽略切削载荷的假设条件下对含有淬火残余应力的毛坯进行材料去除模拟.试验证明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火法的有效性.通过淬火可以获得高强度、高韧性的铝合金,同时淬火后分布于毛坯中的残余应力幅值很大.为了消除毛坯的淬火残余应力,必须进行拉伸.所以在获得淬火毛坯的基础上,又进行了毛坯拉伸消除残余应力的数值模拟与分析.若要对整体结构件的加工过程进行模拟必须具备:①整体结构件毛坯;②加工过程施加的动态铣削载荷,包括铣削力和铣削热.所以在毛坯淬火和拉伸模拟获得整体结构件毛坯的基础上,本文通过对铣削过程建立有限元模型来研究切削机理,以获得动态切削载荷.目前铣削加工的有限元模型虽然很多,但绝大部分是平面直角(正交)切削加工,对斜角切削加工进行研究的很少,对双刃切削加工进行研究的就更少了.双刃切削加工是在斜角切削的基础上又增加了一个副切削刃,是更接近于实际工况的.所以本文在概括直角切削加工模拟技术的基础上,对双刃切削加工模拟作了深入的研究,对切削加工过程中的各个物理量,如切削温度、切削力、切屑的形成过程及刀具的温度分布等作了分析.在获得了淬火拉伸状态的整体结构件毛坯以及切削加工过程中的动态载荷的基础上,运用接力计算对一整体结构件——前梁的比例件的加工过程进行了模拟.装夹对类似薄壁零件的整体结构件的加工变形也是具有影响的.为了揭示夹具对残余应力的影响,利用有限元技术模拟了工件加工过程中不同的装夹方案,结果表明,装夹位置对残余应力分布具有重要影响,而装夹顺序对残余应力的分布和幅值无较大影响. 收起