航空鎂合金FSJ連線完整性及銑削變形機理與預測

《航空鎂合金FSJ連線完整性及銑削變形機理與預測》是依託南京航空航天大學，由左敦穩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：航空鎂合金FSJ連線完整性及銑削變形機理與預測
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：左敦穩
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

目前我國大飛機大型整體結構件的毛坯板材還需通過拼連等工藝獲得，因此，連線工藝、完整性等會成為影響板材後續銑削變形的重要因素。目前，攪拌摩擦連線(FSJ)已被確定為大型板拼連的首選工藝，但對FSJ拼連毛坯板材的銑削變形研究還處於空白狀態。本課題針對航空鎂合金，通過機理分析與實驗研究，揭示連線工藝參數對連線區完整性的影響規律；研究FSJ的連線區銑削機理，建立連線區銑削模型；研究不同結構的板材拼連方式、不同的連線工藝參數對銑削變形的影響，研究航空鎂合金拼連坯材銑削變形與銑削工藝參數、裝夾方法、銑削方式等因素的關係，建立面向多因素的銑削變形最佳化模型，最佳化航空鎂合金FSJ拼連板材的銑削加工工藝，並建立相應的銑削加工工藝參數資料庫，為我國大飛機大型整體結構件研製和生產提供技術支持。

結題摘要

攪拌摩擦連線(FSJ)是先進的連線技術，是大型整體結構件毛坯板拼連的首選工藝，但本項目立項時對FSJ 拼連毛坯板材的銑削變形研究還處於空白狀態。本課題針對航空鎂合金，通過機理分析與實驗研究，揭示連線工藝參數對連線區完整性的影響規律；研究FSJ 的連線區銑削機理，建立連線區銑削模型；研究不同結構的板材拼連方式、不同的連線工藝參數對銑削變形的影響；研究航空鎂合金拼連坯材銑削變形與銑削工藝參數、裝夾方法、銑削方式等因素的關係，建立面向多因素的銑削變形最佳化模型；最佳化航空鎂合金FSJ 拼連板材的銑削加工工藝，並獲得相應的銑削加工工藝最佳化參數。課題完成了預定任務，取得了以下主要成果： 1. 建立了攪拌摩擦連線過程的線上監測系統 設計了攪拌摩擦連線專用八角環測力儀；開發出攪拌摩擦連線過程中溫度和三向力信號的線上監測系統；獲得了進給力和側向力的周期性規律；溫度監測結果表明：攪拌摩擦連線過程中所產生的熱量主要集中在接縫附近的較小區域內，接縫兩側溫度呈現非對稱分布。 2. 提出了航空鎂合金FSJ過程的非對稱熱源模型，獲得了FSJ拼連板材的殘餘應力分布規律 提出FSJ過程非對稱熱源模型，比傳統的對程熱源模型更好地反映真實連線過程，在此基礎上，建立了航空鎂合金FSJ過程有限元仿真模型。通過與實測結果的對比分析，發現該模型所預測的溫度及殘餘應力誤差均小於10%。通過仿真與試驗，獲得了FSJ拼連板材的殘餘應力分布。 3. 建立了面向拼連毛坯銑削變形的有限元預測模型 通過對FSJ拼連板材的銑削試驗，獲得了銑削力、銑削熱、刀具磨損、加工變形等變化趨勢，建立了銑削力經驗公式。根據銑削力、銑削熱、連線毛坯板材殘餘應力分布等，建立了面向拼連毛坯銑削變形的有限元預測模型，並通過實驗驗證。 4. 建立了航空鎂合金FSJ參數及拼接坯材銑削工藝參數資料庫 通過所建立的有限元模型仿真研究以及FSJ連線及銑削加工實驗，分別對FSJ工藝以及多種銑削路徑條件下銑削參數對接頭區域殘餘應力、加工變形的影響開展了深入系統研究，獲得了最佳化的FSJ及銑削工藝參數，並建立了相應的工藝參數資料庫。 研究期間，在國內外學術期刊發表論文23篇，其中被 SCI/EI/ISTP檢索15篇；申請發明專利4項，其中授權4項；培養研究生9名，已經畢業博士研究生1名，碩士研究生6名，在讀博士研究生2名。 達到了課題預期目標。