高速列车车体铝合金薄壁中空结构件高效铣削加工研究

使用高速钢和硬质合金刀具,在采取较大的切削工艺参数组合条件下对6N01-T5铝合金薄壁中空W形型材结构件进行高效铣削加工试验。结果表明:高效铣削时切削力、切削振动、切削温度幅值变化剧烈;切削筋板交叉处的切削力可达1800N~3500N,切削振动振幅是切削单层处的1.6倍,最高切削温度比切削单层处的高出100℃;采用较小的刀具螺旋角可有效降低切削力和切削温度;对于高速钢刀具来说,M42刀具磨损率极高、粉末冶金波刃刀具极易发生严重黏结磨损,因此都不适合该材料的高效铣削加工;粉末冶金非波刃刀具容易发生刃口或刀尖大面积崩刃,刀具寿命偏低;硬质合金刀具具有较好的适应性,但涂层刀具容易发生涂层过早剥落,并未体现特殊优势;在各种冷却条件下,低温气动喷雾射流冲击冷却的效果最佳,与干切相比,前者可使切削振动振幅降低30%、切削温度降低80℃、刀具寿命提高近一倍;加工表面缺陷主要有表面挤压塑性变形和隆起、鱼鳞状挤压、毛刺、筋板打断等。

6N01-T5铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削温度研究

对使用粉末冶金高速钢和硬质合金刀具对6N01-T5铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削时的切削温度进行研究。使用红外测温法对切削温度和温度场进行测量,采用正交试验设计法研究切削用量对切削温度的影响规律。研究结果表明,切削筋板交叉处附近的温度比切削单层铝合金时高40~60℃,刀具容易在切削此交叉处时发生严重粘接磨损失效现象;径向切宽是影响切削温度的最显著因素,轴向切深和机床转速次之,提高机床转速可有效降低切削温度。研究结果还表明,使用非波刃刀具、较小的刀具螺旋角及较少的刀具齿数有利于降低切削温度(降低20~40℃);使用12°后角和20°前角的刀具可显著降低切削温度;低温气动喷雾射流冲击冷却效果最好,常温气动喷雾冷却和冷风冷却效果次之。

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削振动研究

使用直径为20mm的商用高速钢和硬质合金刀具,在中低切削速度和大切宽条件下对高速列车车体用T5热处理6N01铝合金双壳薄壁W型结构件进行重负荷铣削试验,重点对铣削振动及其影响因素进行研究。结果表明：当铣刀铣削至结构件的筋板交叉处时振幅有突变增加,其值为铣削铝合金薄壁时的3～6倍;在中低速铣削范围内,重负荷铣削该结构件时易发生自激振动和强迫振动。研究同时表明,机床转速和每齿进给量是影响切削振动的显著因素,波刃刀具切削振动幅值显著大于非波刃,螺旋角较大的刀具和齿数较少的刀具其切削振动较小;在剧烈的切削振动下,高速钢刀具易发生刀尖崩刃,波刃刀具则易发生严重粘结。

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削刀具寿命及刀具磨损研究

使用高速钢和硬质合金刀具,在机床转速n=2000-5000r/min、进给速度vf=1000mm/min、轴向切深ap=20mm、径向切宽aw=10-20mm的切削用量范围内对铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削加工刀具寿命及刀具磨损进行研究。结果表明:M42高速钢刀具由于刀具磨损率高、刀具破损和粘结严重而不适合该结构件的重负荷铣削;非波刃粉末冶金高速钢和硬质合金刀具具有良好的适应性,但无刀尖圆弧半径的高速钢刀具易发生刀尖破损,涂层硬质合金刀具易发生涂层过早剥落;波刃粉末冶金高速钢刀具易于发生刀具严重粘结,只宜在较低的机床转速下进行重负荷铣削加工;机床转速和径向切宽对刀具寿命有显著影响。

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削力研究

使用粉末冶金高速钢和硬质合金刀具,在机床转速n为3 000～8 000 r/min、进给速度vf为300～3 200mm/min、轴向切深ap为5～20 mm、径向切宽aw为5～20mm的切削用量范围内对铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削加工切削力及其影响因素进行研究.结果表明：在筋板交叉处切削力有剧烈波动,其值为切削单层铝合金时的8-10倍;在较宽的切削用量组合范围内,刀具工件系统易发生自激振动;刀具易发生刀尖崩刃和涂层剥落.机床转速是影响切削力的最显著因素,使用冷风气动喷雾射流冲击冷却方式、较大的刀具螺旋角、较多的刀具齿数和后波刃刀具可有效降低切削力.

基于固有应变法的中空薄壁铝合金结构件焊接变形及残余应力预测

为提升中空薄壁铝合金结构件焊接变形与残余应力预测精度。基于固有应变法与焊接热输入参数对焊接等效载荷开展求解,利用有限元仿真方式从变形及应力的角度出发,分别对焊接变形及残余应力进行分析,并通过焊接试验进行验证。结果表明:焊缝左右两侧的边缘区域是产生焊接残余应力的主要位置,横向、纵向残余应力分别为275 MPa、181 MPa,结构件上蒙板呈马鞍形分布,焊接所导致的最大变形分布在上蒙板左右两侧,左右两侧仿真最大值分别0.299 mm、0.274 mm,左右两侧试验最大值分别0.37 mm、0.34 mm,试验变形值略大于仿真变形值,两侧变形预测误差率分别为19.1%、19.4%。研究结果可为类似中空薄壁铝合金结构件焊接变形及残余应力预测提供一定参考依据。

基于混合单元建模的大型中空薄壁铝合金焊接仿真分析

为解决大型结构件焊接仿真时实体单元模型计算效率较低及壳体单元模型计算精度较差的问题,采用混合单元建立有限元模型,分析并确定实体与壳体单元的选定边界,利用混合单元建模方法构建大型中空薄壁铝合金结构件焊接仿真模型,将结果与实体单元模型仿真结果进行对比,分析适用于大型中空薄壁铝合金焊接结构件的混合单元连接方式。结果表明,板壳单元与实体单元的划分位置在垂直于焊接线方向18 mm处,采用绑定的连接方式构建混合预测模型所获得的温度与变形预测最为准确,预测误差分别为1.1%、8.6%;采用壳-实体耦合连接方式构建混合预测模型所获得的残余应力预测最为准确,预测误差为0.25%。实体单元模型的计算耗时约为混合单元模型的1.7倍。采用壳-实体耦合连接方式所提升的效率最高,相比纯实体单元的计算效率提升约41.6%。

航空铝合金整体结构件数控加工变形控制现状分析

现代商用客机所用材料主要是铝合金、合金钢、钛合金以及复合材料等.虽然复合材料和钛合金在飞机机体上的使用比例有逐年增加的趋势,但是,铝合金密度较小、比强度较高、耐蚀性好、成形性较好、工艺成熟、使用数据充分、资源丰富、成本低廉,而且近年来性能不断提高,成本降低,并出现新型铝合金(铝锂合金),因此铝合金的发展并未像预期的那样迅速退出飞机结构材料的舞台,而仍在波音777、A340、A380、C919等最先进的飞机上大量使用.可见,铝合金仍然是民用大型飞机中不可或缺的主要材料[1].

航天铝合金薄壁零件高效加工策略

高效加工是以高速加工技术和切削工艺优化相结合的新工艺,是解决航天复杂整体结构件的关键技术。高效加工技术的特征是加工过程中的高材料去除率和短的单件加工时间,并通过切削参数优化,保证加工精度和表面质量。

2A12-T4高强度变形铝合金薄壁腔体零件的加工

以薄壁腔体零件加工为例,介绍了(2A12-T4)高强度变形铝合金的性能、加工特点、折弯成形方法(即塑性变形)和主要表面的加工措施。通过采用合理的装夹、加工方法,包括合理地分配切削余量,安排合适的热处理工序(包括循环稳定化处理),解决了高精度薄壁结构件的加工难题。

高压高真空2.8m×2.0m×1.6m车体结构件的铸造模具研发及压铸生产

随着乘用车安全、节能和轻量化的需求日益增长。改用轻合金薄壁大型铸件,一方面可以取得显著的减重效果;另一方面可发挥铝合金良好的成型性能,将多个零件的复杂结构变为只使用一个零件,但必须研发和制造出高压高真空的压铸模具。结果表明,这不仅减少成型和连接环节,还可以缩短生产周期,达到成型尺寸近净化,减少机加工序,节约成本,满足节能环保要求。

毛坯开槽方式中零件加工变形的演变机理与控制方法

广泛用作飞机薄壁整体结构件毛坯的铝合金厚板,在制造过程中出现的塑性变形不均匀性将导致残余应力的产生。高速铣削过程中残余应力的释放将引起飞机薄壁整体结构件的加工变形,这严重影响加工质量。因此,建立了毛坯释放变形后零件铣削的有限元仿真方法,挠度解析法的计算结果和实验测量的数据均验证了有限元仿真值无论是在趋势上还是变形量上均高度吻合。利用有限元方法揭示了开槽方式对毛坯释放变形的影响规律,分析了零件加工变形与毛坯释放变形之间的关系。结果表明:毛坯释放多大变形量,零件就能减小多大的变形量。在建立毛坯释放变形预测模型的基础上,提出了开槽方式的遗传算法优化方法,随机测试集表明神经网络的预测精度高达95%左右,而三框件在最佳开槽方式下能减小34.5%的变形。

2219铝合金曲面件局部热翻边成形性能

针对超低温成形整体箱底局部翻边成形时易开裂的难题,提出时效温度热翻边成形工艺路线。采用单向拉伸试验测试了超低温预变形后2219铝合金的热态力学性能;通过工艺试验和数值模拟阐明了时效温度热翻边成形规律。研究发现:超低温预变形试件在时效温度下的伸长率显著增加,由常温时的19.5%提高至31.3%;在时效温度下,实现了直径为Φ100 mm的孔的翻边,平均翻边高度为7.5 mm;从圆角到直壁截面壁厚逐渐减小,最大减薄率为18.4%。研究成果成功应用于超低温成形的2 m级火箭整体箱底的局部翻边成形,为整体结构局部特征成形提供了技术支撑和指导。