题目：铝锂合金带台阶薄壁件成形、加工过程数值模拟及试验研究

新型商用飞机为了满足安全性、经济性、环保性的综合要求，在飞机结构设计上大量采用铝锂合金多台阶薄壁结构。对于这种结构，目前航空工厂一般采用化学铣切的方法来加工。但由于化学铣切存在零件尺寸和厚度精度难以控制，零件疲劳性能降低，加工效率低，污染环境等问题，采用机械铣削加工代替化学铣切已逐渐成为国内外研究的重点，由法国杜菲工业公司和空客联合开发的蒙皮镜像铣切系统是其中的代表。为了促进新材料、新工艺、新装备的推广应用，本文通过试验和有限元分析的手段，在以下几个方面进行了系统的研究： （1）铝锂合金带台阶薄壁平板件机械铣削试验研究。设计开发了一种可用于薄板铣削夹持固定的真空吸附系统，并通过铝锂合金薄壁平板件铣削试验，验证了该系统的实用性。基于该系统，通过正交试验，研究了铣削加工参数（铣削深度、铣削宽度、每齿进给量、主轴转速）对零件加工表面粗糙度的影响。研究结果表明：影响表面粗糙度的因素主次关系是：铣削深度>每齿进给量>铣削宽度>主轴转速，表面粗糙度随铣削深度、每齿进给量、主轴转速的增加而增大，随铣削宽度的增加先减小后增大。通过铣削力正交试验，建立了基于单位铣削力系数的铣削力预测模型，并基于MATLAB图形用户界面开发环境GUIDE开发了铣削力预测系统。 （2）预拉伸后带台阶薄壁平板件机械铣削试验及仿真研究。通过数值模拟研究了预拉伸后试件的应力应变分布，验证了预拉伸试件尺寸的合理性和预拉伸试验的可行性。对铣削仿真的关键技术，如材料去除、网格划分、铣削运动和路径模拟、铣削力施加、约束转换，进行了研究，建立了预拉伸-铣削全过程仿真模型。进行了三种不同预拉伸量的预拉伸-铣削试验及仿真，研究了不同预拉伸量对铣削后零件残余应力的影响。试验和仿真结果表明：铣削残余应力为压应力，随着预拉伸量的增加，铣削残余应力减小，残余应力波动性减小，分布趋于均匀。 （3）蒙皮滚弯成形及后续铣削加工仿真研究。建立了滚弯成形工艺的仿真模型，给出了滚弯成形过程中应力应变的变化规律，如塑性变形主要发生在板材的上下表面上，并且大致关于中性层对称，板材的最大主应力从内层到外层逐渐由压应力转变为拉应力，滚弯过程满足平面应变假设。进而建立了滚弯-铣削加工全过程的仿真模型，研究了滚弯下压量对回弹和零件曲率半径的影响，以及铣削加工路径对零件残余应力和变形的影响。结果表明：下压量越大，零件的滚弯回弹越小，零件的曲率半径越小，并且随下压量的增加，近似呈指数递减规律；铣削加工后应力峰值较铣削前减小，且内环铣削零件变形最小，然后依次是外环铣削、之字铣削和并进铣削。 （4）蒙皮壁板镜像铣削工艺仿真研究。分析了镜像铣削工艺的特征，包括零件周边多点夹持和镜像随动支撑，并对其进行了有限元简化。建立了蒙皮拉形过程的仿真模型，并通过试验结果对其模拟精度进行了验证。建立了蒙皮拉形-镜像铣全过程的仿真模型，对镜像铣削工艺优化及变形控制方法进行了研究。研究结果表明：不同周边夹持布局和铣削顺序对蒙皮镜像铣削零件残余应力和变形有一定的影响，零件的变形随夹持点密度的增加而减小，并且偶奇铣削变形最大，其次是顺序铣削，奇偶铣削变形最小。此外零件的总体变形量很小，说明蒙皮镜像铣削工艺能保证铣削过程中零件始终有较大的刚度。