7050-T7451铝合金铣削参数多指标优化研究

通过Spike切削力测量设备及在线监控系统,采用单因素试验,研究硬质合金刀具铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、铣削宽度、铣削深度、进给速度以及顺、逆铣加工方式分别对刀具所受弯矩、表面粗糙度及功率的影响。运用正交试验法,通过S/N比分析和方差分析,获得7050-T7451铝合金的最优铣削参数。研究表明:顺铣更适用于7050-T7451铝合金的铣削加工;刀具所受弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小,最终趋于平稳,并随着铣削宽度、铣削深度及进给速度的增加而增加;表面粗糙度随主轴转速的增加呈先减小后增加;各铣削参数与加工功率均呈正相关关系;为获得较低加工弯矩和功率、较好表面质量,应取较高的主轴转速、较低的进给速度和铣削宽度,7050-T7451铝合金的最优铣削参数水平为A_(3)B_(1)C_(2)D_(1),即n=6000r/min,a_(e)=3.0mm,a_(p)=1.6mm,v_(f)=1500mm/min。

7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应

目的 研究不同厚度的7050-T7451铝合金板材疲劳性能表现出的厚度效应。方法 试验件从3种厚度规格(75、150、203mm)板材的不同厚度位置取样,采用成组试验法进行3级应力–疲劳试验。分析试验数据,发现并总结材料疲劳性能随板材厚度及取样厚度位置变化的演化规律。结果 所有厚度规格板材的表面层材料的疲劳性能均为最优,且不同厚度规格板材表面层材料的疲劳性能差异较小。当板材的厚度较薄(75 mm)时,随着取样厚度位置变化,材料的疲劳性能差异较小;当板材的厚度较厚(150、203 mm)时,从表面层到中心层的材料疲劳性能呈非线性变化趋势,先变弱、后增强,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低幅度最大为21%左右。随着板材厚度的增加,疲劳性能最差的厚度层材料,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低了20%左右。结论 随着板材的厚度增加,7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应变得越来越强,即疲劳性能在厚度方向的不均匀性越来越明显。工程师应在工程设计中考虑7050-T7451铝合金疲劳性能厚度效应对结构疲劳强度的影响。

7050-T7451铝合金钻削加工参数优化

钻削是孔结构最常见的加工方法,而铝合金钻削加工中产生的黏屑现象会加剧刀具磨损,降低加工质量,多用于工程机械、农业机械等。基于ABAQUS建立了7050-T7451铝合金钻削三维有限元模型,通过试验验证了有限元模型的准确性;结合有限元法和试验法,分析得出了主轴转速n、进给速度f和麻花钻顶角φ对轴钻削力和切削温度影响显著,认为7050-T7451铝合金合理的钻削参数为n=9 000 r/min、f=425 mm/min、麻花钻顶角φ=118°。研究结果可为铝合金结构件钻削参数优化和刀具角度的选择提供帮助,对提高钻孔质量具有重要意义。

焊接速度对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

针对5mm厚航空用铝合金7050-T7451进行了不同焊速时搅拌摩擦焊接头的微观结构和低周疲劳性能的研究。结果表明:接头焊核区面积与焊核区晶粒度都随着焊接速度的增加而减小;转速为400r/min、焊速为40mm/min时,接头具有最好的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头的低周疲劳裂纹均在接头底部启裂,沿前进侧热机械影响区与焊核区的过渡区域扩展至断裂。

7050-T7451铝合金低周疲劳平均应力松弛规律

为了研究平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响,开展了不同应变比(R=-1、-0.06、0.06和0.5)下的室温恒幅低周疲劳试验。结果表明:在对称循环应变下,材料总体表现为循环软化特征;而在非对称循环应变下,材料表现为初始硬化后的循环稳定行为。非对称循环应变导致了材料出现与应变幅相关的平均应力松弛现象。采用Landgraf模型和非线性Maxwell模型分别研究了7050-T7451铝合金的平均应力松弛规律。结果表明:Maxwell模型能够较准确地描述材料的平均应力循环松弛特征,而Landgraf模型更适用于低应变幅下的平均应力松弛描述。

7050-T7451铝合金预拉伸板材热膨胀系数变化规律及机理

针对平均热膨胀系数(CTE)对航空整体结构件热变形准确预测带来较大误差这一问题,利用热机械分析仪在25～500℃范围内对7050-T7451铝合金热膨胀系数进行准确测量,采用数值拟合方法获得铝合金7050-T7451热膨胀系数随温度升高的非线性变化规律。从铝合金7050-T7451材料的合金成分和金相结构变化角度,揭示铝合金7050-T7451热膨胀系数变化的材料学内在本质;分别采用平均热膨胀系数和准确热膨胀系数模型对工件变形进行预测分析。结果表明,与平均热膨胀系数模型相比,采用准确热膨胀系数模型时热变形最大相对计算误差由17.4%降为9.5%。

7050-T7451铝合金厚板局域腐蚀的各向异性(英文)

采用持续浸蚀、慢应变速率拉伸、动态和阳极化测试以及光学和扫描电镜观察等对7050 T7451铝合金厚板局域腐蚀性能的各向异性进行研究。结果表明:7050 T7451铝合金厚板由于存在明显的微观组织各向异性而导致腐蚀性能的各向异性;合金不同截面腐蚀性能的差异是由基体内残余第二相分数的不同而引起的,残余第二相分数越大表面腐蚀越严重;不同方向样品的应力腐蚀敏感性顺序依次为S>L>T方向(慢应变速率拉伸测试结果),晶粒长宽比越小抗应力腐蚀性能越好。

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能研究

对航空用5mm厚铝合金7050-T7451搅拌摩擦焊接头的低周疲劳性能进行了研究。在合适的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,进行了焊接接头的低周疲劳实验,得到了低周疲劳寿命表达式和应变-寿命曲线。用扫描电镜观察了疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明:裂纹在接头底部启裂,沿前进侧热机影响区与焊核区的交界处扩展至断裂;试样在高应变下循环硬化和软化现象不明显;较低应变时有循环软化倾向。

7050-T7451铝合金不同结构耳片疲劳裂纹的扩展行为

对7050-T7451铝合金直耳片、对称斜耳片和非对称斜耳片进行了不同方向、不同大小载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对比分析了疲劳裂纹扩展曲线和裂纹扩展路径。结果表明:在加载方向和载荷峰值相同时,对称斜耳片的疲劳寿命高于直耳片的,且增大斜切角有利于提高其疲劳寿命;对称斜耳片受纵向疲劳载荷时的疲劳寿命高于受斜向疲劳载荷时的,初始裂纹在斜切角较小侧的非对称斜耳片更容易发生疲劳断裂;随着加载角度的增大,耳片的裂纹扩展方向与载荷方向的夹角逐渐减小;受横向斜载荷的斜耳片,其耳孔内侧首先出现裂纹,其扩展方向与载荷方向的夹角约为45°。

7050-T7451铝合金铣削加工表面材料特性与本构关系模型的建立

为研究7050-T7451铝合金材料铣削后表面应力应变特征,并建立表面材料本构关系模型,采用SSM-B4000TM型应力应变显微探针测试系统对铝合金7050-T7451材料表面进行自动球压痕(ABI)实验测试,获得载荷-深度曲线,据此估算本构关系模型中应变硬化指数(n)与屈服强度(σy)等未知参数。进而基于有限元建模(FEM)进行压痕过程的有限元仿真分析,研究本构关系模型中参数n与σy的变化对载荷-深度曲线的影响规律,获得仿真载荷-深度曲线与实验曲线误差最小时的参数n与σy应满足的函数关系,验证了基于实验本构关系模型参数的准确性。采用该材料本构关系模型仿真的载荷-深度曲线与实验曲线相比,平均误差为5.2%。

铝合金7050-T7451直角切削表面的残余应力研究

采用单因素直角切削试验,对硬质合金刀具切削铝合金7050-T7451加工过程中形成的已加工表面残余应力进行了研究。使用X射线衍射应力测试技术对残余应力进行测量,得到了不同切削参数对应的残余应力值。通过考虑刃口半径的存在,阐述了已加工表面残余拉应力和压应力的产生机理,同时分析了切削速度、切削深度等参数对残余应力值的影响规律。

热处理前后7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为研究

采用USF-300超声疲劳试验机对焊态和热处理态的7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行超高周疲劳试验,通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射(TEM)等手段对接头微观组织和疲劳断口进行观察,研究焊后热处理(PWHT)对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为的影响.结果表明:当循环次数为1×10^(9)时,热处理态的疲劳强度比焊态提升了25%,并且随着应力水平的降低提升的幅度越大.焊态接头疲劳试件的失效位置大多位于热影响区,而热处理态试件大部分断裂于搅拌区,试件的断裂位置与疲劳裂纹萌生机制有关.对于焊态接头试件,疲劳裂纹起源于表面粗大第二相处;而对于热处理态接头,搅拌区内部异常长大的晶粒是主要的疲劳裂纹源.热处理后热影响区内部粗化沉淀相含量减少、晶界无析出带的宽度减小,使得热影响区的薄弱属性得到改善,而搅拌区内细小等轴晶的异常长大降低了搅拌区的疲劳强度,这也是焊态和热处理态接头超高周疲劳行为出现差异的主要原因.

7050-T7451铝合金化铣加工速率影响因素研究

化铣是一种通过化学腐蚀方法进行金属加工的工件成形加工方法,控制化铣速率精度是化铣工艺的关键。本文根据铝合金化铣的反应机理,通过配置不同配比的铝合金化铣液,研究了影响化铣加工速率的主要因素,获得控制铝合金化铣的工艺参数。研究结果表明:化铣速率取决于Na OH质量浓度和温度,随着Na OH质量浓度和温度的升高,化铣速率增加;当化铣时间达到30min后,化铣速率基本达到平衡。

高强7050-T7451铝合金厚板的疲劳断口特征

对7050-T7451铝合金厚板进行了疲劳试验,并采用光学显微镜、扫描电镜等观察了不同应力幅值下疲劳试样断口,重点分析厚板试样疲劳裂纹萌生区与扩展区的微观特征。结果表明:其疲劳裂纹主要在材料中富铁脆性化合物夹杂处萌生,其位置一般为材料表面或者近表面区,在240MPa应力幅值下,裂纹源距表面距离约为158.64μm,而在340MPa应力幅值下的距离约为120.10μm;裂纹扩展区域出现了二次裂纹、峭壁等微观特征,且疲劳辉纹的间距随应力幅值的增大而增大。

7050-T7451铝合金干切削表面完整性研究

旨在探究干式切削条件下切削参数对7050-T7451铝合金表面完整性的影响规律,基于单因素面铣削实验,得到了切削参数对切削力、工件表面形貌、加工硬化和残余应力的影响规律。结果表明:切削三要素对切削力和工件表面粗糙度有着明显的影响,在切削速度较低时,X向切削力略微增大,而切削速度由500 m/min变化到1000 m/min时,X向切削力逐渐较小,随后呈增大的变化趋势,切削力与切削深度、进给量呈正相关关系。较高的切削速度和较小的进给量可以改善表面粗糙度,切削深度对表面粗糙度影响较小;加工硬化随切削速度与进给量的增大呈先增大后减小的变化趋势,而加工硬化程度与切削深度呈负相关关系;残余应力随切削参数的改变呈“勺”形分布,切削速度与进给量对残余应力的影响较大,且表层残余压应力的最大值基本在0.05~0.2 mm,而亚表层残余拉应力最大值在0.25~0.4 mm。

高速切削加工航空铝合金7050-T7451剪切角模型研究

基于对传统的剪切角模型的分析,借助快速落刀试验及直角切削力试验,获得了航空铝合金7050-T7451在切削加工中的剪切角以及前刀面的平均摩擦因数。应用高温霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验,构建铝合金7050-T7451的应力、应变及温度的本构方程,为有限元Deform模拟提供合理的材料模型以准确模拟切削加工过程。对模拟加工过程、传统Merchant剪切角模型以及快速落刀试验分别得到的剪切角进行了比较,基于结果误差对传统剪切角模型进行修正,建立了更适用于高速切削加工航空铝合金7050-T7451的剪切角模型。

微切削加工7050-T7451铝合金的尺度效应研究

通过一系列单因素直角切削试验,对用硬质合金刀具微切削7050-T7451铝合金的尺度效应进行了研究。在试验过程中,对切削力进行了实时测量,并通过计算获得了不同切削深度下的单位切削力。基于试验结果和微加工理论,分析了不同刀具刃口半径微切削尺度效应的特点,总结了刃口半径、切削速度、切削深度等切削参数对微切削过程中尺度效应的影响规律。

7050-T7451铝合金三维微铣削建模仿真

针对航空铝合金7050-T7451的微细铣削加工,运用ABAQUS通用有限元软件,建立了能够反映实际铣削状态的三维微铣削模型。借助该模型模拟了微铣削时切屑的形成过程,并分析了切削过程中流动应力、等效塑形应变及切削力的变化规律。

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

文中主要对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织性能和疲劳断裂进行研究,对焊件进行金相组织、硬度、疲劳试验,并根据试验结果进行分析。试验结果表明,焊核区和热力影响区组织有明显的分界,整个接头表面和截面的不同区域的组织有明显的不同,焊核区经历高温热循环,并且受到强烈的搅拌作用,发生了显著的动态再结晶,组织均匀细小,没有明显的方向性。热力影响区组织在搅拌摩擦焊接过程中主要受到热循环作用的影响,同时一定程度上受到了机械外力的作用,产生了较小的塑性变形,但储能不够,最终未出现动态再结晶。热影响受到热循环的作用,组织比母材要粗大,但没有发生明显塑性变形,仍具有母材纤维组织的特点。硬度试验的结果表明,母材区和焊核区的硬度比较大,而热影响区的硬度偏低,热力影响区的硬度在它们之间。通过对疲劳试验分析,应力水平为200 MPa时,试样在前进侧热影响区发生断裂,断口的表面较为粗糙。应力水平为250 MPa时,试样在焊核区发生断裂,断口表面较为平整。应力水平为300 MPa时,试样在母材处发生断裂,断口表面十分平整。

激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响

研究了激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响。采用45°激光入射角对应力集中R区进行冲击强化,其余区域采用90°激光入射角冲击。随后对强化后和未强化的实验件分别进行拉-拉疲劳实验。结果表明,在置信度99%情况下,经强化的实验件比未经强化的疲劳寿命提高1.566~2.725倍;激光冲击强化处理后,断裂部位远离凹槽R区。激光冲击强化对凹槽强化效果明显。