复杂型面零件充液拉深失效控制研究

对于普通拉深无法成形的复杂零件,充液拉深成形是一种有效的解决方法.在自行研制的充液拉深成形试验机上进行工艺验证实验,对复杂型面不锈钢零件充液拉深成形过程中出现的起皱、破裂和不贴模3种失效形式进行了研究,分析了液室压力、压边力和拉延筋深度等关键工艺参数对失效的影响和作用规律,优化了液室压力和压边力加载曲线以及拉延筋参数.结果表明,液室压力加载曲线应与板料悬空区变化趋势相协调,压边力加载路径应与液室压力相匹配,为消除悬空带过渡区的内皱,必须设置合适的拉延筋.     

单面正向和正反向超塑成形对TC4钛合金负角度零件性能的影响

利用MARC软件完成负角度零件模具设计,修改了获得的压力-时间曲线,并用加载曲线完成超塑成形实验。研究了单面正向、正反向超塑成形后TC4钛合金零件力学性能情况及负角度壁的壁厚分布,并对结果进行了分析。结果表明:圆弧连接面比垂直连接面有更好的壁厚分布;根据修改的加载曲线能够成形负角度零件;在壁厚最小的负角度壁,单面正向成形和正反向成形后零件的最大减薄率分别为67%和64%,壁厚分布标准差分别为0.186mm和0.125mm,说明正反向成形在提高零件最小壁厚的同时使壁厚分布更均匀;由高温稳态退火及应变诱发的晶粒长大致使零件的力学性能下降;正反向成形零件比单面正向成形零件氢氧含量高,塑性下降较多。     

高温合金复杂薄壁零件多道次充液拉深技术

充液拉深(HDD)技术是薄壁零件成形的一种有效方法.针对难成形,复杂薄壁结构的某型发动机高温合金板材零件,通过分析锥面自由悬空区的起皱失稳现象,设计了多道次充液拉深结合刚模成形的技术方案,并建立了有限元分析模型.基于有限元模拟和工艺验证试验,研究了预成形高度和终成形液室压力等关键工艺参数对零件最终成形质量的影响,探讨了...     

复杂薄壁件多道次充液复合成形及变形量确定

针对大拉深比、阶梯锥形的航空发动机隔热罩薄壁件,基于塑性力学方法分析了其充液拉深的变形规律,并在此基础上提出了多道次充液复合成形方法,设计了等裕量函数法以快速、合理地确定各道次变形量的分配。通过数值模拟和工艺试验,研究了关键变形量——预成形高度对成形结果的影响规律,探讨了成形过程中起皱、破裂的失效形式。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂薄壁隔热罩构件的整体精确成形,选择适当的预成形高度可获得壁厚均匀、成形质量较好的零件。     

充液成形技术在航天火箭整流罩成形中的应用

基于充液形成工艺的航天火箭整流罩零件,通过数值模拟的分析与试验结果进行对比,证明了数值模拟可以给试验提供正确方向,也说明数值模拟的准确性。根据现场的试验情况,基于实际制件过程出现的一些缺陷,调整液室压力与压边力加载曲线,根据零件的拉深高度进行合理匹配,最后达到控制整个冲液成形过程的起皱和破裂的问题。实现了充液拉深工艺在大尺寸薄壁整流罩构件上的工艺升级,大大提升了零件的表面质量,从而可以解决传统落压工艺的多道次拉深工序、多道次退火及多道次敲修导致的零件变形与表面质量差等问题,从而保证零件在生产过程中表面质量和成形精度的控制。     

异型截面铝合金管件内高压成形

对空心异型截面弯曲轴线铝合金零件内高压成形进行了工艺实验与数值模拟.采用压弯与内高压成形的工艺步骤成形零件,测量了成形零件典型截面的尺寸与壁厚分布,通过数值模拟分析了变形过程中的等效应力与壁厚分布.经检测成形零件外形尺寸与壁厚均符合设计要求,但典型截面壁厚分布不均匀.     

涡扇发动机铝合金碗形件的粘性介质压力成形

涡扇发动机铝合金碗形件由于局部塑性变形较大，采用已有的成形方法得到的零件壁厚局部减薄严重或尺寸精度不满足要求。粘性介质压力成形(VPF)技术采用一种粘性介质作为传力介质，适合于成形该类零件。通过粘性介质压力胀形试验和数值模拟，分析了粘性介质的粘度对铝合金球面碗形件厚度分布及极限成形高度的影响，对涡扇发动机铝合金带凸台碗形VPF件进行了分析。研究结果表明，粘性介质与板材之间的粘性附着应力提高了碗形件厚度分布的均匀性和极限成形高度，随着粘性附着力增大，对带有局部变形较大凸台的碗形件，可以抑制局部壁厚的减薄。采用VPF技术，获得了尺寸和壁厚均合格的涡扇发动机带凸台铝合金碗形件。     

充液拉深成形工艺与传统工艺的比较

以液体为介质成形零件已经有100多年的历史了.充液拉深成形与传统工艺相比具有许多优点,本课题从成形力、模具、拉深比及成形精度等几个方面阐述了充液拉深成形与传统工艺的区别.     

复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究

 液压成形技术是成形薄壁零件的一种有效的解决方法。针对具有异形截面结构的某型发动机高温合金薄壁环形件,提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法,依据塑性力学方法和增量理论对成形过程进行了应力应变特征分析,并建立了有限元模型。基于有限元模拟和工艺试验,研究了筒坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中壁厚过度减薄、材料堆积"折叠"、形状不对称等失效形式,提出了优化的工艺参数。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂异形截面薄壁环形件的整体精确成形,采用优化的筒坯成形区高度和液压加载路径可获得壁厚分布均匀、成形质量较好的零件。     

变摩擦对TC4合金超塑成形零件壁厚的影响

为研究摩擦在超塑成形中对零件壁厚分布的影响,以TC4钛合金负角度法兰盘零件为背景,采用MSC.MARC有限元数值模拟分析了单面正向成形下模变摩擦和正反向成形上模变摩擦对零件壁厚的影响.通过方差分析和极差分析研究了正反向成形上模不同区域摩擦的变化对最小壁厚和壁厚均匀性的影响。结果表明:单面正向成形中,摩擦越小,负角度壁壁厚减薄越大,而正角度壁壁厚确呈相反的趋势;正反向成形中,当下模摩擦固定时,随着上模摩擦系数的增大,实际零件的最小壁厚相应增大;正反向成形上模不同区域摩擦的变化,对零件的最小壁厚和壁厚分布产生不同的影响;反向成形过程中板料先接触模具的部位对零件的壁厚影响较大。     

涡轮径向轮缘密封非定常燃气入侵和封严效率的数值研究

为防止燃气入侵涡轮盘腔,提高运行安全性,对盘腔和轮缘密封间隙内非定常流动机理进行了深入研究。采用数值求解三维URANS（Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes）和SST湍流模型的方法,研究了涡轮径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。数值计算的径向轮缘密封的封严效率和环量比与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。分析了6种冷气流量下径向轮缘密封的非定常压力分布、封严效率和燃气入侵与冷气出流特性。研究表明：冷气流量的增加阻止了径向轮缘密封处的燃气入侵和强化了冷气出流,径向轮缘密封盘腔内的封严效率随着冷气流量的增加而增加;动盘附近的封严效率高于静盘;入侵燃气基本被限制在径向轮缘密封的间隙区域。径向轮缘密封间隙出口处的主流周向时均压力随着冷气流量的增加而增加,周向时均压力最大值与最小值的差值随着冷气流量的增加而减小。当动叶前缘与静叶尾缘距离较近且不断靠近的过程,主流周向压力最大值与最小值的差值增大,动静叶相分离的过程周向压力最大值和最小值的差值减小。在静叶和动叶间非定常干涉作用下,轮缘密封间隙出口区域主流周向压力最大值与最小值差值较大时刻的主流低压区域具有优良的封严效率,同时高压区域的燃气入侵导致封严效率降低。     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。     

翅片安装高度对共转盘腔减阻特性影响的数值研究

为了探索翅片安装高度变化对共转盘腔径向内流总压损失的影响规律,对不同转速、翅片径向安装高度下的去旋系统展开了数值研究,得到了不同工况下径向内流共转盘腔的流场结构及总压损失分布曲线。研究结果表明:翅片安装高度能够影响盘腔内部旋流比分布情况,翅片吸力面流体的旋流比大于压力面侧;随着翅片安装高度的升高,减涡器的总压损失先减小后增大;在所研究工况及结构参数下,翅片下端径向高度与盘腔高度比值为0.476时减涡器的减阻效果最好,压力损失系数降低16%左右;在一定条件下,翅片式减涡器总压损失主要集中在翅片所在盘腔分区;翅片上端和下端盘腔分区总压损失对减阻性能的影响起决定性作用,且上端的影响大于下端的影响。     

TC1钛合金端盖零件热拉深成形工艺研究

针对TC1钛合金端盖零件的结构特点,分析了零件的成形难点,对热拉深工艺的模具材料、温度、压边间隙、拉深速度等对零件成形性能的影响进行了研究,提出了合理的工艺参数。结果表明,该工艺方法可实现薄壁、大拉深比的TC1钛合金零件的精确成形,采用空气脱模的方式可获得平面度满足设计要求的零件,为类似零件的取件提供了工艺参考。     

边界层厚度对腔体气动声学特性影响数值模拟

为了研究来流边界层厚度对开式腔体气动声学特性的影响,基于分离涡模拟方法,计算了来流马赫数为2.0条件下,不同来流边界层厚度与腔体深度比时,长深比为5.88的腔体流动特性,得到了该腔体声压级的频谱特性.计算结果表明:随着来流边界层厚度增加,形成的剪切层稳定性增强,失稳后上下摆动幅度减少,失稳生成的大尺度涡与超声速主流的相互作用减弱,使得大尺度涡发展到腔体后缘时所具有的平动动能和转动动能降低.大尺度涡撞击腔体后缘在腔体内形成的气动噪声的声压级降低,最大减小幅度达7.5dB.同时各阶模态的频率也发生偏移,偏移值在100Hz左右.基于新的假设重新推导了Rossiter公式,明确了经验常数的物理意义,并以此解释了频率偏移现象.      

压气机引气系统典型减涡器减阻特性对比分析

为对用于压气机引气系统的典型减涡器结构的减阻特性进行对比,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对带三种典型减涡器的径向内流共转盘腔模型开展研究,并与无减涡器共转盘腔基准模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,分析了各模型流场结构、速度分布、哥氏力分布和压力损失特性,对典型减涡器的减阻特性有了更深入的认识。结果表明：虽然三种典型减涡器结构差异较大,通过布置不同结构的减涡器,降低或抑制了共转盘腔内旋流比的增长速度和幅度,显著降低了压气机引气系统径向内流共转盘腔的压力损失,获得相近的减阻效果。与基准模型相比,在计算模型进出口截面间,去旋喷嘴式减涡器模型压力损失降低了73.4%;管式减涡器模型压力损失降低了80.7%,翅片式减涡器模型压力损失降低了84.5%。     

高位进气径向出气转静系静盘压力研究

用实验的方法获取了高位垂直进气径向出流的静盘表面压力分布和转静腔内的旋流系数.实验结果表明:在低于0.6倍半径的范围内,沿半径增大方向静压随之增大;在射流孔处压力降至最低,而后又突然升高并逐步趋于平稳;静盘表面压力随着流量的增加而增加,随着旋转雷诺数的增加而降低;在旋转雷诺数小于等于2.6×106、流量系数小于等于4.50×104的范围内两盘间可以形成稳定的旋转核心.此外,在实验范围内,流量系数和旋转雷诺数对旋流系数值的影响较小.      

有预旋进气转静盘腔中的流动和换热特性数值研究

运用RNG湍流模型对有静盘外缘预旋进气和轴向中心进气、转盘外缘轴向出气和外围屏径向出气的转-静盘腔中流动和传热过程进行了数值研究。在盘腔结构中,静止内隔片和旋转内隔片将盘腔分为内转-静盘腔室和外预旋腔室。由于盘腔流动结构具有周向周期性,取盘腔的1/30作为计算域。研究发现:旋转雷诺数Re_θ、预旋喷嘴进气无量纲流动速度C_w,_p、静盘中心轴向进气的无量纲流动速度C_w,_d和预旋比β_p都不同程度地影响盘腔内流动和换热。预旋和隔片的协同作用可以很好地起到阻止热燃气入侵转-静盘腔和提供低静温冷却气体流入涡轮叶片冷却通道。