航空镁合金FSJ连接完整性及铣削变形机理与预测

目前我国大飞机大型整体结构件的毛坯板材还需通过拼连等工艺获得，因此，连接工艺、完整性等会成为影响板材后续铣削变形的重要因素。目前，搅拌摩擦连接(FSJ)已被确定为大型板拼连的首选工艺，但对FSJ拼连毛坯板材的铣削变形研究还处于空白状态。本课题针对航空镁合金，通过机理分析与实验研究，揭示连接工艺参数对连接区完整性的影响规律；研究FSJ的连接区铣削机理，建立连接区铣削模型；研究不同结构的板材拼连方式、不同的连接工艺参数对铣削变形的影响，研究航空镁合金拼连坯材铣削变形与铣削工艺参数、装夹方法、铣削方式等因素的关系，建立面向多因素的铣削变形优化模型，优化航空镁合金FSJ拼连板材的铣削加工工艺，并建立相应的铣削加工工艺参数数据库，为我国大飞机大型整体结构件研制和生产提供技术支持。

搅拌摩擦连接(FSJ)是先进的连接技术，是大型整体结构件毛坯板拼连的首选工艺，但本项目立项时对FSJ 拼连毛坯板材的铣削变形研究还处于空白状态。本课题针对航空镁合金，通过机理分析与实验研究，揭示连接工艺参数对连接区完整性的影响规律；研究FSJ 的连接区铣削机理，建立连接区铣削模型；研究不同结构的板材拼连方式、不同的连接工艺参数对铣削变形的影响；研究航空镁合金拼连坯材铣削变形与铣削工艺参数、装夹方法、铣削方式等因素的关系，建立面向多因素的铣削变形优化模型；优化航空镁合金FSJ 拼连板材的铣削加工工艺，并获得相应的铣削加工工艺优化参数。课题完成了预定任务，取得了以下主要成果：.1. 建立了搅拌摩擦连接过程的在线监测系统.设计了搅拌摩擦连接专用八角环测力仪；开发出搅拌摩擦连接过程中温度和三向力信号的在线监测系统；获得了进给力和侧向力的周期性规律；温度监测结果表明：搅拌摩擦连接过程中所产生的热量主要集中在接缝附近的较小区域内，接缝两侧温度呈现非对称分布。.2. 提出了航空镁合金FSJ过程的非对称热源模型，获得了FSJ拼连板材的残余应力分布规律.提出FSJ过程非对称热源模型，比传统的对程热源模型更好地反映真实连接过程，在此基础上，建立了航空镁合金FSJ过程有限元仿真模型。通过与实测结果的对比分析，发现该模型所预测的温度及残余应力误差均小于10%。通过仿真与试验，获得了FSJ拼连板材的残余应力分布。.3. 建立了面向拼连毛坯铣削变形的有限元预测模型.通过对FSJ拼连板材的铣削试验，获得了铣削力、铣削热、刀具磨损、加工变形等变化趋势，建立了铣削力经验公式。根据铣削力、铣削热、连接毛坯板材残余应力分布等，建立了面向拼连毛坯铣削变形的有限元预测模型，并通过实验验证。.4. 建立了航空镁合金FSJ参数及拼接坯材铣削工艺参数数据库.通过所建立的有限元模型仿真研究以及FSJ连接及铣削加工实验，分别对FSJ工艺以及多种铣削路径条件下铣削参数对接头区域残余应力、加工变形的影响开展了深入系统研究，获得了优化的FSJ及铣削工艺参数，并建立了相应的工艺参数数据库。.研究期间，在国内外学术期刊发表论文23篇，其中被 SCI/EI/ISTP检索15篇；申请发明专利4项，其中授权4项；培养研究生9名，已经毕业博士研究生1名，硕士研究生6名，在读博士研究生2名。.达到了课题预期目标。