机加工过程中的变形问题是整体构件制造过程中的共性难题,严重阻碍了大规格构件的研制和应用。构件变形的实质是坯材残余应力的释放的形变响应。因此,系统掌握坯材残余应力的形成、演化及其在机加工过程的演化规律对控制构件变形具有重要意义。本文综合利用有限元模拟和试验方法对2024铝合金坯件制造过程中残余应力演化及形变响应行为进行了研究。铝合金厚板淬火残余应力的模拟和试验结果表明,淬火过程中,厚板各区域收缩差异导致其内部存在残余应力;应力沿着厚板厚度方向呈对称分布,表面为压应力,心部为拉应力。淬火温度越低,厚板的淬火残余应力越大;20℃、60℃、80℃和100℃试样残余应力的幅值分别约为200MPa、140MPa、75MPa和2MPa。淬火残余应力的测量结果与淬火模型结果吻合得较好,二者偏差仅为10%,从而验证了淬火模型的正确性。铝合金坯件的模压去应力模拟结果表明,整体模压和分区模压均能消减铝合金厚板大部分区域的残余应力。整体模压后厚板中大部分区域的残余应力在-70~70MPa范围内,应力消减率为70%;分区模压后厚板的残余应力分布不均匀,受到两次压力的位置会产生较大的应力集中,且其应力值可达到150MPa。工字型构件模压中模压量和模压方式对试样的残余应力分布及变形均有显著影响,当模压量为1%时,残余应力消减效果较好,模压后构件大部分区域的残余应力值不超过100MPa,残余应力消减率为50%。铝合金的厚板和T型构件的机加工模拟和试验结果表明,厚板的淬火残余应力及材料去除方式对构件的残余应力及变形影响显著。厚板残余应力较小,且残余应力在材料去除中对称释放可以减小构件的变形。当残余应力对称释放时,板材和T型构件的变形分别仅为0.01和0.12mm;应力非对称释放时,变形量分别为0.6和0.45mm。构件的残余应力和变形的试验结果与模拟趋势吻合得较好,最大偏差为25%,表明了模型的合理性。