ZL205A铝合金大型复杂筒体构件淬火过程模拟与变形 - 航空制造技术.PDF

论坛 FORUM ZL205A铝合金大型复杂筒体 构件淬火过程模拟与变形预报* 1 2 1 3 卢  琛 ，张程菘 ，富宏亚 ，闫牧夫 （1. 哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨 150001； 2. 西南交通大学材料科学与工程学院，成都 611756； 3. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001） [摘要] 基于 ABAQUS 软件采用有限元方法建立 ZL205A 铝合金大型复杂构件淬火过程的温度场与应力场模型， 分析构件在淬火过程中不同时刻的温度场分布。根据构件结构特征，选择 4 个特征点获得淬火过程冷却曲线，并对 构件厚壁、加强筋与薄壁部分的冷却曲线进行研究，使用有限元模拟方法预报构件变形和残余应力。ZL205A 铝合 金大型复杂构件淬火变形主要为径向变形，通过比较淬火后残余应力的 6 个分量可知正应力远大于剪应力。模拟厚 壁在不同换热系数下的淬火效果，发现增加换热系数可以提高厚壁淬火冷却速度，但是作用比较有限。 关键词：ZL205A 铝合金；大型复杂构件；有限元模拟；变形预报 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2016.20.036 随着我国航空航天技术的不断 的精确计算，实现了对淬火残余应 发展，越来越多的高强度铸造铝合金 力与变形的预报。该方法同样适用 被用于制造承受较大载荷的机械构 于 ZL114A 铝 合 金 [5] 与 7075 铝 合 件 [1] 。ZL205A 铝合金是 Al-Cu 合金 金 [6] 。梁旭坤等 [7-8] 使用有限元方 的一种，因其具有韧性好、强度高、耐 法对 7075 铝合金大规格厚板的非对 腐蚀等特点，已经广泛应用于军工、 称淬火变形过程进行模拟，指出工件 航空和航天等领域中重要受力件的 的壁厚是影响残余应力的主要原因， 制造 [2-3] 。而此类铝合金大型薄壁复 而中厚板淬火过程中的支撑方式直 杂构件经历固溶淬火后，力学性能与 接影响其淬火变形程度和趋势，通过 形状尺寸控制已成为其制造的难题。 增加支撑点，整体变形得以改善，但 此类大型复杂构件在淬火过程中不 局部变形点增多。Wang 等 [9] 建立 同部分冷却速度不均引起的热应力 了 6061 铝合金淬火过程温度场和应 及残余应力是导致工件变形甚至报 力场数值模型，分析了工件在淬火不 卢 琛 废的主要原因。据此，国内外学者已 同时刻的温度场分布，并根据工件结 哈尔滨工业大学机电工程学院机 械制造及其自动化专业博士研究生，主 开展了大量的研究。 构特点选择 8 个特征点分析其淬火 要研究方向为金属材料加工数值模拟。 Yang 等 [4] 使 用 有 限 元 方 法 模 冷却曲线，发现工件薄壁处冷却速度 拟了不同淬火介质以及淬火介质温 最快，而凸台内侧拐角处冷却速度最 度对 A357 铝合金淬火残余应力与 慢。Li 等 [10-11