航空薄壁零件切削加工变形仿真及控制

【类型】学位论文

【作者】张磊 

【关键词】 薄壁零件 残余应力 加工变形 测试方法 有限元法 去应力加工

【摘要】航空薄壁零件由于刚度低，在加工过程中很容易产生变形，成为航空工业中亟待解决的问题。本文主要论述了加工表面残余应力、刀具路径、装夹等因素对加工变形的影响，并对两种具体的航空薄壁零件进行了综合研究，提出了工艺优化建议。主要从以下几个方面进行了研究：一、通过力学计算与分析，提出了一种测试毛坯初始残余应力的新方法，可以使实验速度提高1倍以上。并将该方法和传统剥层法进行了实验对比。二、通过单因素有限元仿真和实验验证，研究铣削过程中不同切削参数和刀具尺寸对加工表面残余应力的影响。研究发现，在实际高速加工过程中，为了减小工件表面残余拉应力，改善零件质量，需要尽可能选取较小的切削速度、较小的进给速度、和较大的切削深度，同时及时更换或刃磨刀具。三、使用有限元软件仿真了在不同加工路径下不同材料（轧制铝合金、锻造铝合金）不同形状（方形、圆形）毛坯加工成不同零件（环类、方框）的加工变形过程，并进行了实验验证。发现在只考虑残余应力影响的情况下，薄壁件的加工变形与加工过程中的加工路径没有关系；不同的加工路径会产生不同的变形过程。其中由中心到边缘的材料去除方式，变形过程较为稳定。四、对飞机机轮舱门的加工过程进行了仿真，找到了一种满足去应力加工条件的加工路径和装夹位置，结合底面修形加工前的刚度分析，为该航空薄壁零件的加工工艺优化提供建议。五、实验测量了7072锻造铝合金毛坯的多点残余应力，得到了该毛坯中心、腰部、边缘处残余应力沿厚度方向分布规律。在此基础上仿真了飞机风挡框的加工变形过程，同样找到了满足去应力加工条件的加工路径和装夹位置，为该薄壁件的工艺优化提供建议。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】陈五一

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