鋁合金整體結(jié)構(gòu)件加工變形影響因素

在大型航空整體結(jié)構(gòu)件的加工過程中，影響鋁合金整體結(jié)構(gòu)件變形的因素很多，與毛坯的材料、工件的幾何形狀及剛度，以及加工工藝方法和加工設(shè)備等均有關(guān)系，引起整體結(jié)構(gòu)件加工變形的主要因素有以下方面。

1、工件的材料力學(xué)特性與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

航空鋁合金的彈性模量約為70~73MPa，約為鋼的1/3。由于其彈性模量小、屈強(qiáng)比大，在切削過程中*易產(chǎn)生回彈，特別是大型薄壁結(jié)構(gòu)件，“讓刀”和回彈現(xiàn)象更為嚴(yán)重；航空整體結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜，幾何結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，薄壁部位多，自身剛度差等，也是產(chǎn)生較大變形的內(nèi)在因素。

2、加工過程中毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力的釋放與重分布。

航空整體結(jié)構(gòu)件通常采用高強(qiáng)度變形鋁合金厚板直接銑削加工而成。鋁合金預(yù)拉伸板須經(jīng)過軋制、固溶、拉伸、時(shí)效等一系列工藝流程，來獲得理想的機(jī)械性能，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(yīng)力。在加工過程中，隨著材料的不斷去除，板內(nèi)殘余應(yīng)力發(fā)生釋放與重分布，原來的應(yīng)力自平衡狀態(tài)遭到破壞，工件只有通過變形才能達(dá)到新的平衡狀態(tài)。毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力的釋放和重分布是引起航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形的重要原因之一。

3、切削過程中刀具與工件間的熱-力耦合作用。

刀具對(duì)工件的作用主要表現(xiàn)在切削力、切削熱和加工表層留下的切削殘余應(yīng)力。在切削力的作用下，一方面工件與刀具的接觸部分發(fā)生彈塑性變形，材料不斷被刀具切除；另一方面工件產(chǎn)生回彈效應(yīng)，發(fā)生“讓刀”現(xiàn)象，特別是對(duì)于薄壁部分，“讓刀”對(duì)加工精度的影響不容忽視。另外，被切削的材料在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而消耗功，切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦也要消耗功，導(dǎo)致產(chǎn)生大量切削熱，造成工件各部位的溫度不均，使其發(fā)生熱變形。切削加工鋁合金在工件表層留下的殘余應(yīng)力層的深度一般在0.1mm以內(nèi)，當(dāng)工件厚度較大時(shí)，其剛性也大，切削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力幾乎不會(huì)使其變形，然而對(duì)于航空整體件來說，其壁厚多在2mm以內(nèi)，此時(shí)殘余應(yīng)力對(duì)變形的影響不可忽略。

4、工件的裝夾。

在裝夾力的作用下工件發(fā)生變形，在內(nèi)部形成裝夾應(yīng)力場并產(chǎn)生相應(yīng)的位移。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)行切削加工時(shí)，會(huì)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(duì)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(gè)重要因素。

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