7022鋁合金攪拌摩擦連接工藝及后續(xù)銑削變形研究.pdf

1、航空大型整體結構件的銑削變形與控制是當前研究的熱點和難點問題。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)對后續(xù)銑削變形將產生重要影響。本文針對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，以高強度鋁合金7022為研究對象，系統(tǒng)研究拼連工藝對連接區(qū)完整性的影響，并在此基礎上預測了后續(xù)銑削變形規(guī)律，為航空大型結構件加工變形的控制奠定基礎。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)金屬塑性流動過程
　　 利用金相顯微鏡和工具顯微鏡對攪拌連接區(qū)截面進行了分析，得出了連接區(qū)金屬塑性流動規(guī)律。通過理論分析證明了連接區(qū)金屬塑性流動規(guī)律的正確性并建立了相應的連接區(qū)金屬塑性流動模型。
　　 2.研究了主要連接工藝參數對連接區(qū)力學性能的影響規(guī)律并建立了相應的攪拌頭所受作用力數學模型
　　 通過理論和實驗相結合的方法，確定了10mm厚7022鋁合金攪拌摩擦連接工藝參數范圍：攪拌頭轉速為30

3、0～600rpm，攪拌頭前進速度為30～100 mm·min-1。通過對各參數下連接板材的連接區(qū)力學性能分析，得出攪拌頭轉速為400rpm，攪拌頭前進速度為100 mm·min-1時連接的板材其力學性能較其它工藝參數好。利用自制的攪拌摩擦連接專用測力儀測得各組工藝參數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學模型，且對模型回歸進行了檢驗，得出該模型的線性關系在90％的水平下顯著成立。
　　 3.開展了攪

4、拌摩擦連接溫度場的數值模擬和實驗研究
　　 建立了攪拌摩擦連接過程中熱源模型，并通過ANSYS軟件對攪拌摩擦連接溫度場進行了數值模擬，得到了溫度場分布云圖，分析了連接過程中溫度的變化趨勢，得出攪拌摩擦連接過程中溫度場場分布呈橢圓形，且前進側溫度高于返回側。另外，對不同工藝參數下的溫度循環(huán)曲線變化進行了分析，得出熱循環(huán)曲線變化規(guī)律，并通過實驗驗證了模型的有效性。
　　 4.開展了攪拌摩擦連接殘余應力分布及其變形規(guī)律研究

5、r>　　 對攪拌摩擦連接熱力耦合模型進行了有限元分析，得出了連接殘余應力分布和變形的云圖和曲線，并將模擬結果與實驗結果進行了對比。在此基礎上，進一步預測了大尺寸不同結構連接件的殘余應力分布和變形規(guī)律。從預測的結果可以看出殘余應力主要集中在連接區(qū)，且最大殘余拉應力在連接區(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，其變形程度與結構件形式和尺寸有關。
　　 5.研究了攪拌摩擦連接坯材的銑削殘余應

6、力分布及其變形
　　 考慮攪拌摩擦連接坯材內的殘余應力分布對后續(xù)銑削的殘余應力分布和變形的影響，進行了相應的數值模擬，得出了連接坯材的銑削殘余應力分布和變形的云圖和曲線，并通過實驗驗證了模擬的正確性。在此基礎上，預測了大尺寸不同結構連接坯材銑削殘余應力分布和變形規(guī)律。從預測的結果可以看出殘余應力主要集中在連接區(qū)，最大殘余拉應力與結構件形式有關：其變形呈“馬鞍”形狀，變形程度與結構件形式和尺寸有關。最后根究預測的銑削殘余應力分布和