铝合金Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro/E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。

考虑平均应力影响的7075-T651铝合金疲劳性能研究

研究了平均应力效应对7075-T651铝合金疲劳性能的影响,选取了R=0.5、0.3、0.1和-0.1四组应力比进行疲劳试验。结果表明,同一应力比下,随着峰值应力水平的增加,疲劳寿命逐渐降低;而同一峰值应力水平下,随着应力比的提高,疲劳寿命则呈现出逐渐升高的趋势。同时,使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)观察疲劳断口形貌发现,在峰值应力相同的情况下,裂纹萌生及扩展区的扇形面积随平均应力的增大而增大。最后,基于7075-T651铝合金疲劳实验结果,提出了一种考虑S-N-R的改进型预测模型,结果对比显示相较于其他模型,此模型在一定程度上对7075-T651铝合金具有更好的疲劳寿命预测效果。

单轴拉-拉条件下7075-T651铝合金疲劳行为的研究

为研究单轴拉-拉条件下7075-T651铝合金疲劳行为,应力比为0.1,选择弹性范围内5种载荷级别进行疲劳试验,使用S-N曲线和p-S-N曲线表征此条件下7075-T651铝合金疲劳性能,并通过断口形貌分析了在不同载荷级别下的失效机理。结果表明,随着载荷级别的降低,疲劳寿命随之增加,不同应力级别下峰值疲劳寿命的存活率维持在10%~31%范围内,断口特征呈现典型的疲劳断裂。

7075-T651铝合金摩擦塞补焊接头的组织与性能

以2219-T87铝合金为塞棒材料,采用摩擦塞补焊工艺对8 mm厚7075-T651铝合金进行焊接,并对不同工艺参数下接头的成形、微观组织、力学性能等进行观察和测试.结果表明,采用优化的工艺参数可以获得无缺陷的接头,塞棒和母材摩擦界面形成了等轴晶.根据组织形貌可以把摩擦塞补焊接头分成再结晶区、热力影响区、塞棒热力影响区、热影响区、塞棒热影响区和母材6个区,热力影响区组织发生了变形和长大以及沉淀相的溶解和粗化,局部发生了软化,尤其是塞棒热力影响区硬度值最低,在90~95 HV左右,拉伸试验时无缺陷的接头断裂位置在塞棒区,断裂模式为韧性特征.摩擦塞补焊接头抗拉强度最高可达343 MPa,断后伸长率最高达7.0%,分别达到母材的63.8%和77.8%.创新点:(1)通过研究7075-T651铝合金摩擦塞补焊工艺和组织结构探究了焊接缺陷的主要类型和形成原因.(2)揭示了摩擦塞补焊接头不同区域力学性能下降和微观组织形貌及沉淀相分布的关系.

7075-T651铝合金疲劳特性研究

在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S-N曲线,估算疲劳极限为223MPa。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。

超声喷丸强化7075-T651铝合金表面性能研究

采用普通喷丸与超声喷丸两种加工方法对7075-T651铝合金进行处理,分别观察其表面形貌并对其力学性能进行测试。结果表明:超声喷丸处理后材料表面粗糙度值仅为普通喷丸试件的35.5%;两种处理方法对材料均有不同程度的表层硬化作用,超声喷丸处理后试件表面硬化程度略高,其引入的最大压缩残余应力较普通喷丸增大了31.9%。

7075-T651铝合金薄壁管件多轴低周疲劳行为及寿命预测

针对航空铝合金多轴疲劳失效问题,对7075-T651铝合金薄壁管件进行不同加载条件下的拉扭复合疲劳实验。结果表明:随等效应力幅的降低,多轴疲劳寿命增加;等效应力恒定时,寿命随应力幅比的升高而增加;拉扭相位差对寿命影响较小。高应力幅下材料在轴向和扭向以软化为主,低应力幅下硬化和软化交替出现。宏观断口平台区随应力幅比的增加而逐渐减小,微观断口呈现管壁外侧的多裂纹源特征,扩展区可以观察到疲劳条带和二次裂纹,瞬断区出现混合型韧窝。提出基于Basquin准则的改进模型,得到较好的寿命预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。

航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究

目的分析航空铝合金高速铣削锯齿形切屑的形成过程及机理,为提高工件表面质量、延长刀具使用寿命提供理论依据。方法考虑航空铝合金在高速铣削过程中铣削厚度变化的特点,选用合理的本构模型及材料断裂准则,将三维铣削简化为二维变厚度的正交切削热力耦合有限元模型,对锯齿形切屑的形成过程进行有限元模拟,并经铣削试验验证有限元模型的准确性。结果在2～16 m/s的切削速度范围内,铣削力、切削温度、锯齿形切屑形貌均得到了准确的仿真。随着切削速度的增加,切屑厚度、切屑连续部分高度和剪切带间距都有减小的趋势,相反,剪切角随切削速度的增加而增大。切削速度为16m/s时,锯齿形切屑在切屑厚度较大的一侧出现,并随着切屑厚度减小而逐渐消失,变为均匀带状切屑,准确仿真了切削厚度变化下锯齿形切屑形貌。结论提出考虑剪切带宽度变化的三阶段锯齿形切屑形成模型,通过剪切带内外的应变、应变率和温度的变化分析了绝热剪切过程,并使用分割强度比参数量化锯齿形切屑应变程度,控制锯齿形切屑形态。

7075-T651铝合金薄壁件加工仿真研究

针对薄壁件加工中难以选择刀具几何参数和切削参数等问题,基于金属切削仿真软件Advant Edge建立了硬质合金圆柱铣刀高速铣削7075-T651铝合金薄壁件有限元模型,采用单因素试验法仿真分析了切削参数对切削力、切削温度的影响,以及圆柱铣刀的前角和刀尖圆弧半径对切削性能的影响。为薄壁零件加工中选择合理刀具几何参数与切削参数提供了可靠的依据。

应力控制下7075-T651铝合金的疲劳断裂行为

在不同应力幅下(60%σ_s,70%σ_s,80%σ_s,90%σ_s,σ_s为试验合金屈服强度)对7075-T651铝合金进行了应力控制下的疲劳试验,研究了其循环应变响应,观察了疲劳断口形貌、表面损伤形貌以及显微组织,分析了疲劳裂纹的萌生及扩展机制。结果表明:试验合金中析出了微米级的Al7Cu2Fe颗粒、纳米级的η′(MgZn2)相和尺寸较大的η(MgZn2)相,此外,还存在尺寸为3~10nm的细小球状GP区;在较高应力幅(80%σ_s,90%σ_s)控制下,试验合金表现出先软化后硬化直至断裂的疲劳行为,而在较低应力幅(60%σ_s,70%σ_s)下则先软化后明显硬化并趋于稳定;试验合金主要发生微孔聚集韧窝型断裂,在较高应力幅下,裂纹源位于粗大夹杂物Al7Cu2Fe和第二相MgZn2处,位错大量缠结,而在低应力幅下,裂纹源位于基体轻微撕裂处,位错形态为分散的短或长直位错线。

搅拌摩擦焊AA7075-T651铝合金厚板的显微组织和力学性能（英文）

研究厚度为10和16 mm AA7075-T651板的搅拌摩擦焊接过程。通过仔细选择焊接过程参数可获得无缺陷、全渗透焊接样品。两种焊接接头都出现极细的再结晶粒,而10 mm厚板焊接接头的晶粒组织更细。试样的显微组织观察结果表明,焊件热影响区的硬度显著降低。16 mm厚合金板焊接接头的硬度降低较大。与16 mm厚合金板相比,10 mm厚合金板焊件具有较优的拉伸性能。在拉伸实验过程中,两种厚度的合金板焊件均在热影响区发生断裂。样品的TEM结果表明,热影响区由沿晶界的宽化无沉积区和晶体内沉淀的部分溶解组成。因此,采用搅拌摩擦焊在AA7075-T651上可制得单道次无缺陷焊件,且10 mm厚合金板焊件表现出较高的焊接效率。

基于AdvantEdge的7075-T651铝合金铣削参数有限元仿真优化

为了在7075-T651铝合金铣削过程中控制铣削力和铣削温度,减小加工变形,笔者对不同铣削参数进行研究和优化。采用专业切削仿真软件AdvantEdge建立二维铣削仿真模型,对铣削力和铣削温度进行仿真分析,对所得到的铣削力和铣削温度的结果进行铣削实验验证;设计正交试验表获得优化的铣削参数组合,采用单因素试验法获得单一因素对铣削力和铣削温度的影响规律。结果表明:有限元仿真和实验数据误差在可接受范围内,说明了有限元模型的正确性;通过正交试验选出了控制铣削力和控制铣削温度的2组最优铣削参数组合;单因素试验的结果说明每齿进给量、铣削宽度和铣削深度的大小与铣削力的大小成正相关,而铣削力几乎不受主轴转速的影响;主轴转速、每齿进给量和铣削宽度的大小与铣削温度的高低成正相关,而铣削温度几乎不受铣削深度影响。

喷丸对铝合金亚表面裂纹闭合修复的影响与试验

目的研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果。方法建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余应力、疲劳强度、微观结构等方面分析裂纹愈合的机理,并评估修复效果。结果仿真结果表明,在弹丸直径D=0.5mm、弹丸速度v=100m/s时喷丸修复效果最佳,裂纹修复深度阈值为0.15 mm;裂纹修复区域的表面应力为非裂纹区域的83.17%,实验结果与仿真结果相符;在修复裂纹后,试件的疲劳强度可以达到完好试样的70.32%。剧烈的喷丸冲击使裂纹亚表面材料产生较大的微观形变热,有利于组织形变,促使裂纹两侧的晶粒组织形成闭合挤压,宏观上表现为压应力下组织的紧密闭合,这种闭合起到了修复裂纹的作用,整体上属于物理性修复,但仍无法完全消除裂纹对材料的消极影响。结论喷丸通过压力作用对亚表面材料的裂纹进行闭合修复,使材料的疲劳强度得到恢复,这对于铝合金结构件裂纹的早期修复和应急性修复具有积极作用。

7075-T651铝合金焊接接头疲劳性能研究

本文以高速列车车体用7075-T651铝合金为研究对象,开展了7075-T651焊接接头在不同调修工艺下的力学、疲劳性能研究,为改善焊接接头性能优化调修工艺提供基础数据。试验结果表明,随着调修次数的增加,焊接接头的疲劳性能逐渐提高。随着应力级的增加,焊接接头疲劳性能逐渐降低。调休次数增加,焊缝热影响区晶间气孔减少,强化相得到增加。

7075铝合金动态试验及其本构关系研究

以7075-T651铝合金为试验对象,应用SHPB技术,结合理论分析,研究了温度和应变率对材料动态力学性能的影响;根据准静态、常温和高温等三种条件下动态试验数据拟合得出了材料的动态本构方程,为航空产品设计和制造过程材料力学性能模型的建立提供了有益参考。

改进间接电弧焊过程中电磁交互作用对7075铝合金显微组织和耐腐蚀性能的影响（英文）

研究低强度电磁交互作用(EMILI)对改进间接电弧(MIEA)焊7075-T651铝合金板(厚度为13 mm)的显微组织和耐腐蚀性能的影响。焊接过程为单道次,热输入约为1.5k J/mm。通过测量显微硬度和电化学阻抗谱分别研究EMILI对局部力学性能和天然海水中耐蚀性的影响,并将其与焊缝的显微组织观察结果相关联。焊缝的显微组织表征表明,在电磁搅拌作用下,3mT的EMILI使焊缝金属的晶粒细化。此外,扫描电镜观察表明,热影响区(HAZ)的富铜相析出和共晶偏析也因受到EMILI的影响而减少。使用3 mT的EMILI焊接可以减少7075-T651焊缝在天然海水中的腐蚀溶解性和热影响区的过时效程度。因此,EMILI结合MIEA技术可使焊接接头具有更好的显微组织特征,能改善热影响区的力学性能,降低电化学活性。

基于DIC的铝合金薄壁缺口件多轴疲劳行为

为探究缺口对材料多轴疲劳性能的影响,以航空用7075-T651铝合金薄壁缺口件为研究对象,进行等效应力幅变量的比例多轴疲劳实验,采用数字图像相关技术进行表征并分析临界平面角度。结果表明:随加载等效应力幅的增加,试样多轴疲劳寿命降低,缺口附近最大轴向、扭向和剪切工程应变增大。不同加载条件下,缺口附近应变集中现象均随着加载周次的增加而逐渐增强。缺口附近的应变变化过程可分为裂纹萌生、裂纹扩展及瞬断阶段。引入临界平面角度和其上最大正应变,提出SWT修正模型,其预测结果均位于2倍分散带内。

航空铝合金高速铣削锯齿形切屑形成有限元模拟

高强度铝合金高速铣削形成的锯齿形切屑,严重影响加工稳定性和零件表面质量。采用Johnson-Cook本构方程及损伤准则,选用合适的沙漏控制模型,对航空铝合金7075-T651高速切削过程中锯齿形切屑的形成进行了模拟,并经文献中高速切削试验数据验证了所提出的有限元模型。结果表明,在2m/s^20m/s的切削速度范围内,锯齿形切屑形貌得到了准确的预测。

铝合金高速切削有限元仿真及实验研究

为了研究不同切削参数对铝合金切削过程中切削力和切削温度的影响,以铝合金7075-T651为对象,采用仿真与实验验证结合的方法,利用金属有限元切削专用软件AdvantEdge建立了铝合金7075-T651的二维正交切削仿真模型,并进行合理的工件和刀具材料参数以及本构模型设置。通过仿真分析,研究了切削力和切削温度与进给速度以及切削深度的关系,并通过实验进行验证。仿真和实验结果表明:在一定范围内,随着进给速度和切削深度的增大,切削力和切削温度增大。切削铝合金7075-T651时,应采用较小的切削深度和进给速度。

喷丸对7075-T651铝合金表面粗糙度影响的仿真与实验研究

为探究不同喷丸工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度(R_a)的影响,首先利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维动态喷丸有限元模型,然后根据R_a离散化计算式采集模型节点位移数据,获得了不同覆盖率、喷射距离、弹丸直径和喷射压力下的表面粗糙度值,再结合表面粗糙度、硬度和应力测试结果,分析不同工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度和表面硬度的影响。结果表明:合金表面粗糙度的模拟计算值和实验值的最大偏差为11.3%,差值仅为0.59μm,且合金硬度和表面粗糙度的变化趋势具有一致性,论证了模型计算结果的准确性与可靠性。结合应力云图和表面粗糙度结果发现,在同等表面粗糙度下,采用"大丸粒+小压力"喷丸试样表面应力分布更均匀,且其最大残余压应力值较小丸粒+大压力试样降低约12.8%。分析认为,随喷射压力和弹丸直径的增大,合金表面塑性变形剧烈,冷作硬化效果明显,其粗糙度有增大的趋势,表面硬度也相应提高,而加大喷射距离和提高覆盖率,会增加表面弹坑反复变形的次数,使表面粗糙度值逐渐减小。同时,结合喷丸实验效果,大丸粒小压力喷丸工艺可在残余压应力和表面粗糙度参数之间取得良好的效果。