航空整體結(jié)構(gòu)件加工過程的數(shù)值仿真.pdf

1、整體結(jié)構(gòu)件的加工變形是困擾航空制造業(yè)的難題,許多變形大的整體結(jié)構(gòu)件不得不增加校形工序.而校形工藝又比較"野蠻"化,時常有校裂報廢現(xiàn)象,耽誤了型號工程,經(jīng)濟損失巨大.本文在闡述整體結(jié)構(gòu)件的國內(nèi)外加工現(xiàn)狀、產(chǎn)生變形原因的基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬分析、試驗驗證的手段研究了航空整體結(jié)構(gòu)件加工過程中的各個階段,包括毛坯的淬火、淬火殘余應(yīng)力的拉伸消除、切削過程機理和整體結(jié)構(gòu)件的加工過程.材料去除導(dǎo)致毛坯中的殘余應(yīng)力重新分布是引起加工變形的重要因素.為了

2、得到整體結(jié)構(gòu)件毛坯的初始狀態(tài),采用準(zhǔn)耦合法對航空鋁合金7075進行了淬火模擬,研究了該過程中溫度的變化和殘余應(yīng)力的分布規(guī)律.進而,在忽略切削載荷的假設(shè)條件下對含有淬火殘余應(yīng)力的毛坯進行材料去除模擬.試驗證明,模擬產(chǎn)生的比例件的變形與實際加工的比例件的變形非常近似,從而證明了毛坯的初始殘余應(yīng)力是引起整體結(jié)構(gòu)件加工變形的主要因素,同時驗證了準(zhǔn)耦合淬火法的有效性.通過淬火可以獲得高強度、高韌性的鋁合金,同時淬火后分布于毛坯中的殘余應(yīng)力幅值很大

3、.為了消除毛坯的淬火殘余應(yīng)力,必須進行拉伸.所以在獲得淬火毛坯的基礎(chǔ)上,又進行了毛坯拉伸消除殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與分析.若要對整體結(jié)構(gòu)件的加工過程進行模擬必須具備:①整體結(jié)構(gòu)件毛坯;②加工過程施加的動態(tài)銑削載荷,包括銑削力和銑削熱.所以在毛坯淬火和拉伸模擬獲得整體結(jié)構(gòu)件毛坯的基礎(chǔ)上,本文通過對銑削過程建立有限元模型來研究切削機理,以獲得動態(tài)切削載荷.目前銑削加工的有限元模型雖然很多,但絕大部分是平面直角(正交)切削加工,對斜角切削加工進行

4、研究的很少,對雙刃切削加工進行研究的就更少了.雙刃切削加工是在斜角切削的基礎(chǔ)上又增加了一個副切削刃,是更接近于實際工況的.所以本文在概括直角切削加工模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上,對雙刃切削加工模擬作了深入的研究,對切削加工過程中的各個物理量,如切削溫度、切削力、切屑的形成過程及刀具的溫度分布等作了分析.在獲得了淬火拉伸狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)件毛坯以及切削加工過程中的動態(tài)載荷的基礎(chǔ)上,運用接力計算對一整體結(jié)構(gòu)件——前梁的比例件的加工過程進行了模擬.裝夾對類似