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○ 吉玲博士答辩公告
(作者: 来源:机电学院 访问量:265 发表时间:2018-12-07)

答辩博士:吉玲

指导教师:左敦稳  教授

论文题目:航空铝合金微细搅拌摩擦连接技术基础研究

答辩委员会:

主席:王耀华  教授   中国人民解放军陆军工程大学

委员:孙序泉  研究员  南京数控机床有限公司 

      袁军堂  教授   南京理工大学

      左敦稳  教授    南京航空航天大学

      朱永伟  教授    南京航空航天大学

          教授    南京航空航天大学

孙玉利  教授    南京航空航天大学

秘书:黎向锋  教授    南京航空航天大学

答辩时间:201812159:00

  点:南航明故宫校区15#341

 

针对航空航天领域在无人机、卫星、火箭制造中对板材连接技术的新需求,本文将实验研究与数值模拟相结合,解决1mm及以下铝合金板材的连接问题,设计制造一台MFSJ设备及相应的搅拌头,找到最佳工艺参数,使接头的力学性能达到母材的85%以上,对实验过程进行仿真,为MFSJ技术的应用提供一定的技术支持。

本文主要完成的工作如下:

1)微细搅拌摩擦连接过程中的有限元分析

通过有限元分析软件模拟铝合金MFSJ过程,建立了热源模型,通过搅拌头轴肩直径建立与净热输入之间的关系,分别得到1mm0.8mm0.5mm6061铝合金薄板在不加热条件下,所需的最小轴肩直径的值;模拟得到的温度场和用热电偶法测得的温度场基本一致,采用红外热成像法对温度场进行了检测,得到的瞬间温度场的图像与模拟的温度场接近;对工件变形情况进行了分析,发现在MFSJ之后进行卸载时,工件变形比先冷却后卸载的变形要大,随进给速度的提高,变形程度呈下降趋势;对MFSJ过程中热影响区的材料流动情况进行了热流耦合,发现板材表面的流动性最好,下端的流动性最差,是容易形成孔洞的原因;对板材进行加热,材料的流动性明显增强。

2)微细搅拌摩擦连接专用设备的研制

首次设计并制造了一台MFSJ设备,稳定性良好,通过空转及工作状态时的振动测试,该设备运行状态良好;并对工作台进行了改造,可进行辅助加热,具有很好的隔热效果;设计制造出了高强度、高韧性的特制搅拌头,其轴肩仅为2mm,搅拌针直径仅为1mm;对设备的振动性能进行了测试及分析,并对设备的纵向、横向和轴向精度进行了评定,均在良好的范围内。

3)微细搅拌摩擦连接工艺研究

通过Matlab分析高转速情况下表面弧纹的变化特征,得到转速与表面形貌的变化规律;通过大量的基础实验,发现材料的连接性能有差异,对计算得到的MFSJ极限轴肩直径的尺寸进行了实验验证,并对辅助加热条件下的MFSJ实验数据与常温下进行了对比,发现在加热温度为200℃时,连接区的各项性能达到最佳;通过正交试验分析法,分别对1mm0.8mm0.5mm6061铝合金进行MFSJ实验,得到了最佳MFSJ工艺参数。

4MFSJ过程作用力研究

通过测量得到各组参数下纵向、横向及轴向作用力的值,根据数据对方程进行拟合,得到FxFyFz与转速、进给速度、板厚之间的关系;纵向、横向及轴向力均存在周期性的变化,并且一个周期几乎等于搅拌头旋转一周的时间,周期性与进给速度、连接材料以及它们的厚度无关,只取决于转速;随着进给速度的增加,所受作用力逐渐增加。但随着转速的增加,作用力呈现先减小后增大的趋势;提高加热温度会使轴向力变小,但对轴向力的变化规律没有任何影响。

5MFSJ接头微观组织与性能测试

对辅助加热的板材进行MFSJ实验,对截面进行微观组织分析,发现热影响区和连接核区相比母材晶粒发生了细化,热机影响区呈典型细长的和再结晶形貌,产生了等轴晶;对沿连接缝垂直方向截面的试样进行硬度测试,发现连接核区和热影响区的硬度均比母材小,整体呈W形,沿板厚方向的硬度变化不大;对加热后进行MFSJ6061铝合金板材进行拉伸性能的测试,发现拉伸性能达到母材的85%;对MFSJ的弯曲性能、摩擦磨损性能、电化学腐蚀性能分别进行了测试,弯曲角度达到45°,试样截面主要为粘着磨擦,试样截面耐磨性好,耐腐蚀性好。

 

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