鋁合金整體結構件加工變形影響因素

在大型航空整體結構件的加工過程中，影響鋁合金整體結構件變形的因素很多，與毛坯的材料、工件的幾何形狀及剛度，以及加工工藝方法和加工設備等均有關系，引起整體結構件加工變形的主要因素有以下方面。

1、工件的材料力學特性與結構特點。

航空鋁合金的彈性模量約為70~73MPa，約為鋼的1/3。由于其彈性模量小、屈強比大，在切削過程中*易產生回彈，特別是大型薄壁結構件，“讓刀”和回彈現(xiàn)象更為嚴重；航空整體結構件形狀復雜，幾何結構不對稱，薄壁部位多，自身剛度差等，也是產生較大變形的內在因素。

2、加工過程中毛坯初始殘余應力的釋放與重分布。

航空整體結構件通常采用高強度變形鋁合金厚板直接銑削加工而成。鋁合金預拉伸板須經過軋制、固溶、拉伸、時效等一系列工藝流程，來獲得理想的機械性能，在這些過程中因存在不均勻的溫度場和不均勻的彈塑性變形，板內產生了殘余應力。在加工過程中，隨著材料的不斷去除，板內殘余應力發(fā)生釋放與重分布，原來的應力自平衡狀態(tài)遭到破壞，工件只有通過變形才能達到新的平衡狀態(tài)。毛坯初始殘余應力的釋放和重分布是引起航空整體結構件加工變形的重要原因之一。

3、切削過程中刀具與工件間的熱-力耦合作用。

刀具對工件的作用主要表現(xiàn)在切削力、切削熱和加工表層留下的切削殘余應力。在切削力的作用下，一方面工件與刀具的接觸部分發(fā)生彈塑性變形，材料不斷被刀具切除；另一方面工件產生回彈效應，發(fā)生“讓刀”現(xiàn)象，特別是對于薄壁部分，“讓刀”對加工精度的影響不容忽視。另外，被切削的材料在刀具的作用下，發(fā)生彈性和塑性變形而消耗功，切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦也要消耗功，導致產生大量切削熱，造成工件各部位的溫度不均，使其發(fā)生熱變形。切削加工鋁合金在工件表層留下的殘余應力層的深度一般在0.1mm以內，當工件厚度較大時，其剛性也大，切削加工產生的殘余應力幾乎不會使其變形，然而對于航空整體件來說，其壁厚多在2mm以內，此時殘余應力對變形的影響不可忽略。

4、工件的裝夾。

在裝夾力的作用下工件發(fā)生變形，在內部形成裝夾應力場并產生相應的位移。當刀具進行切削加工時，會出現(xiàn)“過切”或“欠切”現(xiàn)象，從而造成工件表面幾何誤差變形，對于剛性較差的薄壁結構件，裝夾是引起加工變形的一個重要因素。

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