7022鋁合金攪拌摩擦連接工藝及后續(xù)銑削變形研究.pdf

1、航空大型整體結(jié)構(gòu)件的銑削變形與控制是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。由于大型毛坯板材需要拼連獲得，因此拼連工藝及連接區(qū)狀態(tài)對(duì)后續(xù)銑削變形將產(chǎn)生重要影響。本文針對(duì)目前已被確定在大型毛坯板材拼連中采用的攪拌摩擦連接技術(shù)，以高強(qiáng)度鋁合金7022為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究拼連工藝對(duì)連接區(qū)完整性的影響，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了后續(xù)銑削變形規(guī)律，為航空大型結(jié)構(gòu)件加工變形的控制奠定基礎(chǔ)。本文完成的主要工作和取得的成果如下：
　　 1.分析研究了7022航空鋁合

2、金攪拌摩擦連接區(qū)金屬塑性流動(dòng)過程
　　 利用金相顯微鏡和工具顯微鏡對(duì)攪拌連接區(qū)截面進(jìn)行了分析，得出了連接區(qū)金屬塑性流動(dòng)規(guī)律。通過理論分析證明了連接區(qū)金屬塑性流動(dòng)規(guī)律的正確性并建立了相應(yīng)的連接區(qū)金屬塑性流動(dòng)模型。
　　 2.研究了主要連接工藝參數(shù)對(duì)連接區(qū)力學(xué)性能的影響規(guī)律并建立了相應(yīng)的攪拌頭所受作用力數(shù)學(xué)模型
　　 通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，確定了10mm厚7022鋁合金攪拌摩擦連接工藝參數(shù)范圍：攪拌頭轉(zhuǎn)速為30

3、0～600rpm，攪拌頭前進(jìn)速度為30～100 mm·min-1。通過對(duì)各參數(shù)下連接板材的連接區(qū)力學(xué)性能分析，得出攪拌頭轉(zhuǎn)速為400rpm，攪拌頭前進(jìn)速度為100 mm·min-1時(shí)連接的板材其力學(xué)性能較其它工藝參數(shù)好。利用自制的攪拌摩擦連接專用測(cè)力儀測(cè)得各組工藝參數(shù)下的攪拌頭所受作用力，并通過多元線性回歸法建立了攪拌頭所受作用力數(shù)學(xué)模型，且對(duì)模型回歸進(jìn)行了檢驗(yàn)，得出該模型的線性關(guān)系在90％的水平下顯著成立。
　　 3.開展了攪

4、拌摩擦連接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究
　　 建立了攪拌摩擦連接過程中熱源模型，并通過ANSYS軟件對(duì)攪拌摩擦連接溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了溫度場(chǎng)分布云圖，分析了連接過程中溫度的變化趨勢(shì)，得出攪拌摩擦連接過程中溫度場(chǎng)場(chǎng)分布呈橢圓形，且前進(jìn)側(cè)溫度高于返回側(cè)。另外，對(duì)不同工藝參數(shù)下的溫度循環(huán)曲線變化進(jìn)行了分析，得出熱循環(huán)曲線變化規(guī)律，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。
　　 4.開展了攪拌摩擦連接殘余應(yīng)力分布及其變形規(guī)律研究

5、r>　　 對(duì)攪拌摩擦連接熱力耦合模型進(jìn)行了有限元分析，得出了連接殘余應(yīng)力分布和變形的云圖和曲線，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步預(yù)測(cè)了大尺寸不同結(jié)構(gòu)連接件的殘余應(yīng)力分布和變形規(guī)律。從預(yù)測(cè)的結(jié)果可以看出殘余應(yīng)力主要集中在連接區(qū)，且最大殘余拉應(yīng)力在連接區(qū)的中間位置；連接區(qū)中心明顯向下位移，平行連接區(qū)的兩端向上翹起，變形呈“V”形狀，其變形程度與結(jié)構(gòu)件形式和尺寸有關(guān)。
　　 5.研究了攪拌摩擦連接坯材的銑削殘余應(yīng)

6、力分布及其變形
　　 考慮攪拌摩擦連接坯材內(nèi)的殘余應(yīng)力分布對(duì)后續(xù)銑削的殘余應(yīng)力分布和變形的影響，進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬，得出了連接坯材的銑削殘余應(yīng)力分布和變形的云圖和曲線，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬的正確性。在此基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)了大尺寸不同結(jié)構(gòu)連接坯材銑削殘余應(yīng)力分布和變形規(guī)律。從預(yù)測(cè)的結(jié)果可以看出殘余應(yīng)力主要集中在連接區(qū)，最大殘余拉應(yīng)力與結(jié)構(gòu)件形式有關(guān)：其變形呈“馬鞍”形狀，變形程度與結(jié)構(gòu)件形式和尺寸有關(guān)。最后根究預(yù)測(cè)的銑削殘余應(yīng)力分布和