航空整體結(jié)構(gòu)件切削加工過程的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、整體結(jié)構(gòu)件的加工變形是航空制造業(yè)面臨的最突出問題之一，多年來一直困擾航空工業(yè)。為了有效減小或抑制零件加工變形，對航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形進(jìn)行預(yù)測具有重要的意義和價值。本文在闡述航空整體結(jié)構(gòu)件國內(nèi)外加工研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過理論分析、有限元數(shù)值計算以及實驗研究相結(jié)合的方法，從金屬切削原理入手，對航空整體結(jié)構(gòu)件的銑削加工變形預(yù)測進(jìn)行了較為深入的研究。 基于高溫拉伸實驗和高速壓縮實驗，對航空鋁合金材料7050-T7451靜、動態(tài)力學(xué)

2、性能進(jìn)行了研究，得到了材料的彈性模量、屈服極限、強度極限，建立了材料本構(gòu)關(guān)系模型。 通過研究金屬切削加工模擬的若干關(guān)鍵技術(shù)，建立了鋁合金7050-T7451二維正交(直角)切削加工和三維螺旋齒斜角切削加工的有限元模型。利用直角切削力和斜角切削力實驗對該有限元模型進(jìn)行了驗證。進(jìn)而，利用該模型對鋁合金材料進(jìn)行了切削加工模擬，分析了切削過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等物理量。分析了切屑形成過程，模擬得到了切削力?；谌S螺旋齒斜角切削加工模

3、擬結(jié)果，得到了整體結(jié)構(gòu)件銑削加工模擬所施加的切削力載荷。 從提高有限元計算效率角度出發(fā)，提出了銑削加工模擬“分析步”網(wǎng)格劃分策略。通過切削載荷(包括切削力和切削熱)的施加，實現(xiàn)了切削加工過程中熱、力的耦合。通過三維螺旋齒斜角切削加工模擬得到的切削力，按照刀具的旋轉(zhuǎn)角度作用到切削部位。通過將銑削加工過程中的熱源簡化為運動窄帶熱源，對工件進(jìn)行傳熱分析得到了切削溫度場。為了動態(tài)施加模擬過程中的邊界條件和切削載荷、動態(tài)去除材料和場量數(shù)據(jù)

4、映射，開發(fā)了接力計算系統(tǒng)。 為了驗證銑削加工模擬分析步網(wǎng)格劃分方法和建模思路，首先對三個小尺寸梁零件進(jìn)行了銑削加工模擬。模擬過程綜合考慮了材料毛坯內(nèi)初始?xì)堄鄳?yīng)力、切削載荷、裝夾、加工順序和走刀路徑等因素，并利用開發(fā)的接力計算系統(tǒng)實現(xiàn)銑削加工模擬過程的自動化。通過加工實驗驗證了銑削加工模擬建模思路和模擬結(jié)果。在以上模擬分析和實驗驗證的基礎(chǔ)上，研究了大型航空整體結(jié)構(gòu)件——梁的加工變形。鑒于該零件加工工藝復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，在分析航空