長梁類鋁合金結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工工藝設計畢業(yè)論文-文庫吧

【正文】 .................................14二、工具 ...........................................................14本章小結(jié) ...............................................................15結(jié)論 ...................................................................15參考文獻 ...............................................................16致謝 ...................................................................17中央電大畢業(yè)設計(論文)　緒論一、 設計要求和技術指標現(xiàn)代航空航天器所用材料主要是鋁合金、合金鋼、鈦合金以及復合材料等，雖然復合材料和鈦合金在機體上的使用比例有逐年增加的趨勢，但是，鋁合金材料因為其材料特性，重量輕，密度較小、比強度較高、耐蝕性好、成形性較好、工藝成熟、使用數(shù)據(jù)充分、資源豐富、成本低廉，而且近年來性能不斷提高，成本降低，并出現(xiàn)新型鋁合金（鋁鋰合金），因此鋁合金的發(fā)展并未像預期的那樣迅速退出航空航天器結(jié)構(gòu)材料的舞臺，而仍在波音 77A3A380、C919 等最先進的航空航天器上大量使用。可見，鋁合金仍然是航空航天器中不可或缺的主要材料。特別是 7000 系列及以上的，廣泛應用在航空航天器的框架結(jié)構(gòu)上，其中主要以框型、梁型為主，在加工成型過程中，由于鋁合金毛坯成型的殘余應力及金屬切削造成的內(nèi)應力會引起鋁合金的變形，加工中變形會影響結(jié)構(gòu)件的最終成型，不易控制加工精度，也會影響結(jié)構(gòu)件的加工周期，還會造成薄壁結(jié)構(gòu)件的尺寸超差，厚度不均勻的誤差。加工中由于剛性差引起的共振同樣影響著結(jié)構(gòu)件的加工穩(wěn)定性，影響表面質(zhì)量，還可能造成內(nèi)部缺陷（裂紋等），刀具極易磨損(甚至崩刃) ，機床連接受到破壞，嚴重時甚至使切削加工無法繼續(xù)進行；振動中產(chǎn)生的噪音也將危害操作人員的健康。這里尤其長梁類型結(jié)構(gòu)件因其結(jié)構(gòu)特征更易發(fā)生這些問題，所以對此類結(jié)構(gòu)件的加工變形和加工剛性工藝研究十分必要。現(xiàn)代航空航天器性能要求的越來越高，其主承力結(jié)構(gòu)件，如航空航天器的整體框、整體梁等均采用由整塊毛坯直接‘掏空’而加工成型（如下圖）材料切除量可達到90%~95%。整體結(jié)構(gòu)件體積大、剛度差、易變形、加工質(zhì)量和精度很難控制。圖 一二、 主要內(nèi)容　大型結(jié)構(gòu)件的加工變形問題，涉及力學、材料成形加工、切削加工和機械制造多個中央電大畢業(yè)設計(論文)學科領域，本工藝研究從引起變形的因素入手分析，采用理論建模、和實驗驗證相結(jié)合的方法分析和對比數(shù)控加工中零件變形情況。分析了工件內(nèi)殘余應力分布 ,模擬了去除材料對工件變形的影響,用經(jīng)過改進的加工順序進行切削過程的仿真和改進,并對仿真所得的零件變形量與實際加工測量結(jié)果進行了比較,驗證了分析方法和所建立模型的有效性。依次針對性尋找解決方案，逐個突破，最終成功解決變形和加工剛性的問題。這里以某型號航空航天器長梁類結(jié)構(gòu)件為例（材料選取鋁合金 7075T7451 預拉伸板材，鋁合金熱處理并時效后的殘余應力主要是淬火熱應力殘留，即中心為拉表面為壓的情況。經(jīng)過預拉伸應力釋放，則應力降低，分布會更復雜，在整個厚度內(nèi)從壓到拉反復變化幾次，見圖二，引至文獻 【12】 。），由于大型結(jié)構(gòu)件具有材料去除率大，形狀復雜，整體剛性較差的特點，對切削加工提出了更高的要求，按航標規(guī)定，結(jié)構(gòu)件長度小于1000mm，允許變形 ，結(jié)構(gòu)件長度大于 1000mm 小于 3000mm，允許變形 ，結(jié)構(gòu)件長度大于 3000mm，允許變形 ，故我們要控制在這個范圍內(nèi)。大型結(jié)構(gòu)件的加工共振問題，航空航天器大部分結(jié)構(gòu)件都屬于薄壁結(jié)構(gòu)（大面積腹板+支撐筋條+ 外形面緣條）， 薄壁結(jié)構(gòu)件在切削力的作用下，容易產(chǎn)生震動，影響結(jié)構(gòu)件的尺寸精度，形位精度和表面粗糙度，這類零件的壁厚與他的徑向、軸向尺寸相比較，相差懸殊，所以薄壁零件的剛性較差，加工易產(chǎn)生共振，裝夾就成為了加工質(zhì)量和提高加工效率的關鍵。航空航天器常規(guī)表面質(zhì)量要求粗糙度 ，部分有配合關系的部位或是關鍵受力部位等表面質(zhì)量要求粗糙度 ，所以我們此次研究需要保證最低標準表面質(zhì)量粗糙度。并且內(nèi)部要求不允許有缺陷（裂紋），這都是需要通過控制加工共振來保證的。圖 二第一章 加工變形影響因素的分析及解決方案第一節(jié) 變形原因的分析大型結(jié)構(gòu)件剛性差，切削力、切削熱及切削振動等均容易導致零件變形，降低加工中央電大畢業(yè)設計(論文)精度和加工表面質(zhì)量。從鋁合金材料本身的特性方面來看，為獲得理想的強度，鋁合金毛坯板材必須經(jīng)過軋制、固溶、拉伸、時效等一系列工藝流程，在這些過程中因存在不均勻的溫度場和不均勻的彈塑性變形，板內(nèi)產(chǎn)生了殘余應力，毛坯初始殘余應力以及切削加工過程中強熱力耦合作用下產(chǎn)生的殘余應力，在重新分布后造成整體結(jié)構(gòu)件整體變形。在切削過程中切削力，會讓弓箭的側(cè)壁殘生“讓刀”變形，其產(chǎn)生的切削熱及切削振動等均容易導致結(jié)構(gòu)件變形，在切削過程中，刀具對工件的切削力，會在工件與刀具的接觸部分發(fā)生彈塑性變形，并且材料不斷被刀具切除，板內(nèi)殘余應力發(fā)生釋放與重分布，原來的應力自平衡狀態(tài)遭到破壞，工件只有通過變形才能達到新的平衡狀態(tài)。如圖一所示，某型號航空航天器典型長梁類結(jié)構(gòu)件，一端有凸臺，一面是全框面，一面是半框面，具有單邊特征。從結(jié)構(gòu)件自身幾何結(jié)構(gòu)上看，細長，結(jié)構(gòu)不對稱，薄壁部位多，也是產(chǎn)生較大變形的內(nèi)在因素。彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子間結(jié)合力的強弱的反映。某型號航空航天器所采用的鋁合金材料的的彈性模量約為70~73MPa，約為鋼的 1/3。其彈性模量小、屈強比大，在切削過程中極易產(chǎn)生回彈。圖 三在加工中還存在裝夾力的作用下使結(jié)構(gòu)件發(fā)生的變形，在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部形成裝夾應力場并產(chǎn)生相應的位移。當?shù)毒哌M行切削加工時，會出現(xiàn)‘過切’或‘欠切’現(xiàn)象，從而造成工件表面幾何誤差變形，對于剛性較差的薄壁結(jié)構(gòu)件，裝夾是引起加工變形的一個重要因素。傳統(tǒng)裝夾方式，采用壓板，這種問題尤為嚴重，并且很少采用力矩扳手，就會造成不同壓緊部位，壓緊力不同，對加工工件產(chǎn)生相應位移，造成變形。這里主要分析內(nèi)應力分布、幾何結(jié)構(gòu)、刀具切削及裝夾方式對加工變形的影響，一中央電大畢業(yè)設計(論文)般采用高強鋁合金預拉伸厚板和數(shù)控加工，在實際加工中，因材料性質(zhì)，毛坯的生產(chǎn)殘余應力，加工工藝及零件集合特征導致加工時易產(chǎn)生明顯的殘余應力釋放引起的變形，目前因控制變形而采取的保守的加工方法（增加校正工序等），降低了加工效率和提高加工成本。從典型的長梁類結(jié)構(gòu)件加工過程來看，其變形主要有幾個直接來源：①、 毛坯初始殘余應力以及切削加工過程中強熱力耦合作用下產(chǎn)生的殘余應力；②、 結(jié)構(gòu)件自身單邊不對稱的結(jié)構(gòu)；③、 刀具切削力、切削熱在工件與刀具的接觸部分發(fā)生彈塑性變形；④、 工裝和裝夾方式對結(jié)構(gòu)件帶來的影響；其加工中的變形方向如下圖所示。圖 四目前鋁合金材料加工中，鍛件、鑄件暫時達不到使用強度要求，故毛坯大部分還是是選取高強鋁合金預拉伸板材，整塊毛