航空多框整体结构件铣削变形机理与预测分析研究

摘要

航空多框整体结构件，由于其结构的复杂性，对于其数控加工变形预测的理论分析与试验研究均具有很高的难度。该类零件的加工变形已成为制约国防武器装备快速研制和高效生产的最突出问题之一。本文采用有限元模拟与试验研究相结合的方法，对航空多框整体结构件的铣削加工变形机理、预测方法以及变化规律开展了深入的研究，为该类结构件加工变形的控制奠定了基础。 全文共分七章，各章内容简述如下。 第一章阐述了论文研究的背景和意义，总结了航空整体结构件数控加工变形的国内外研究现状，提出了本论文的研究内容和总体框架。 第二章在总结国内外铣削力研究现状的基础上，采用多因素正交试验研究了航空铝合金7075-T7351的铣削力学特性，建立了该材料的铣削力经验模型，为研究切削力对加工变形的影响提供了依据。 第三章结合航空多框结构件铣削加工的特点，对采用有限元技术研究铣削加工变形的力学基础进行了探讨，给出了航空多框结构件铣削加工过程的力学描述和三维有限元建模原则，建立了多框体铣削加工变形的有限元分析模型，提出了铣削加工变形研究的技术路线。 第四章基于上述理论基础，利用三维弹塑性有限元技术分析了走刀路径和装夹方案对铣削加工残余应力分布和变形的影响，得到了四种典型的走刀路径以及压板式装夹和拉伸装夹对加工变形的影响趋势。 第五章采用所建立的三维有限元模型对多框结构件铣削加工的综合变形进行了预测分析，在此基础上研究了去应力工序、加工余量和加工顺序等对多框体零件加工变形的影响。通过加工变形模拟结果与试验结果的对比分析，验证了所建立的加工变形有限元分析模型的有效性。 第六章以上述研究为基础，开发了飞机多框结构件加工变形分析软件系统。该系统可以完成多框结构件加工过程的应力分析和变形分析，为加工变形的预测分析提供了有效手段。最后，运用该软件对某飞机上190多个框的某结构件的加工变形进行了成功的预测分析，其有效性得到了现场验证。 第七章对本论文的研究工作进行了总结，并对进一步研究进行了展望。