Ti1300合金带台阶筒形件旋压工艺研究北大核心CSCD

为了解决Ti1300合金筒形件成形难题和提高铸造管坯的机械性能,开展Ti1300合金筒形件旋压成形工艺研究,分析了旋压工艺参数对旋压成形的影响规律.研究表明：Ti1300合金热旋压温度为800～900℃时可以避免旋压缺陷的产生;进给比在不同道次间有所不同,开坯旋压时采用小进给,为0.5～0.8mm/r,终旋道次采用大进给比,为1.2～2.0mm/r;Ti1300合金的极限减薄率可以达到85％左右,单道次减薄率可以实现45％,在开坯旋压时不易采用超过30％的道次减薄率,随着材料旋压加工硬化,能够实现大减薄率.     

GH625高温合金管缩径旋压成形数值模拟及试验研究

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金管缩径旋压三维弹塑性有限元模型,对GH625高温合金管缩径旋压成形过程进行了模拟分析,研究了轴向进给速度、旋轮圆角半径、旋轮安装角度对高温合金管缩径旋压成形质量的影响规律。研究结果表明,高温合金变径管在旋压过程中,随旋轮的轴向进给,不同的区域截面变化趋势不同。对工艺参数进行分析,发现轴向进给速度及旋轮圆角半径增大时,壁厚增大;旋轮安装角度对零件壁厚无明显影响;进给速度越大或圆角半径越大,截面椭圆度越大;距自由端较远时,旋轮安装角度越小,截面椭圆度越大;随着旋轮的进给,距自由端越近,椭圆度波动越严重。最后,根据数值模拟结果确定最终工艺参数为轴向进给速度0.25mm/r,圆角半径取值2~4mm,旋轮安装角度为90o,并进行了高温合金管缩径旋压试验,得到了较好的成形件。     

静压支撑-单点增量成形制件减薄率研究

为解决单点增量成形制件因减薄不均而产生的破裂问题,将静压支撑技术引入到成形过程中进行辅助成形。首先,对静压支撑-单点增量成形机理进行分析,根据减薄程度对制件进行区域划分;然后,利用数值模拟研究不同静压条件下制件各区域的减薄率变化规律;最后,搭建静压支撑-单点增量成形实验平台验证模拟结果。结果表明,Ⅱ区域减薄率沿结点路径增大,在距离板料边缘37. 5 mm处达到最大值,且随成形深度增加,减薄率在Ⅱ区域中间位置略有降低,至底端附近又有增加。减薄率随静压参数的增大而减小,实验结果和仿真结果的误差小于5%。相比单点增量成形,静压支撑-单点增量成形技术可以有效提高和控制制件壁厚的均匀性,延缓或避免了制件的破裂。     

Ti55531钛合金筒形件的旋压成形

分析了成形参数对Ti55531钛合金筒形件旋压成形的影响规律。结果表明:采用880℃+保温30min/空冷的热处理可获得较好的强塑性匹配;当旋压温度为750~800℃时,金属流动性好,筒形件表观质量好,且随着旋压道次增加,旋压温度可适当降低,但不应低于650℃,旋压极限减薄率可达80%左右;进给比在0.45~0.78 mm/r取值,在开始道次中采用大点的进给比,使工件较好贴模,在最后道次中采用相对小的进给比便于工件脱模;道次减薄率在30%~45%时较为合适,有利于旋压成形。     

运载火箭增压输送系统补偿器接头内高压成形

采用外径161mm、壁厚1．5mm的不锈钢激光焊管进行了补偿器接头的内高压成形实验研究，对成形后零件进行了测量，分析了内凹缺陷产生的原因，重点研究了轴向进给量对成形质量的影响。研究表明：轴向进给量小，圆角成形困难，成形区壁厚减薄量大；轴向进给量大，有利于成形圆角，成形区壁厚减薄量小，但轴向进给量过大，容易形成内凹现象。当轴向进给量在21．5—22．8mm间，能够获得外形尺寸与最小壁厚均满足设计要求的零件。     

工艺参数对Ti75 合金筒形件旋压成形的影响

建立了Ti75合金筒形件旋压三维有限元模型,分析了旋压过程中应力应变的分布规律.得到了进给速率、减薄率和旋轮工作角三个关键工艺参数对旋压过程的影响规律:随着旋轮工作角、进给速率和减薄率的增加,旋压力和隆起高度均增大;等效塑性应变随着减薄率的增加而增大,随进给速率的增大而减少,进给速率超过1 mm/s时,等效塑性应变基本保持不变;工作角小于20°范围内变化时,最大等效塑性应变几乎不变,当旋轮工作角超过25°,最大等效塑性应变迅速增大.     

带底部法兰筒形件切旋成形工艺研究

旋压成形工艺是一种少/无切削、成形力小的渐进成形技术,广泛应用于现代制造业。针对带底部法兰的筒形件提出一种切旋两步成形工艺,采用有限元方法对不同参数条件下的旋压成形过程进行数值模拟,得到旋轮倾角、旋轮圆角半径以及进给比等因素对成形过程中成形力大小和坯料的筒壁厚度分布以及应变分布的影响,并通过试验验证了工艺的可行性。     

飞机蒙皮拉伸成形工艺参数优化

拉伸成形是飞机板金的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形常见的缺陷及影响因素,简述了最优化理论结合数值模拟优化工艺参数的必要性。以双曲度蒙皮为例,分析了产生回弹的机理和影响因素。采用正交试验设计建立响应曲面,序列二次规划和混合整数优化相结合的优化算法,以厚度减薄率为约束条件,对成形工艺参数预拉伸率进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果表明优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹减小了21.87%。     

筒形旋压件内径尺寸精度预测

筒形件强力旋压中各工艺参数在生产中常用试旋的方法确定。本文用数值模拟方法给出了筒形件强力旋压时减薄率、进给比、旋轮工作角等对旋压件内径尺寸精度的影响规律，计算与试验结果一致。     

电流辅助钛波纹管成形温度场控制及模拟

利用钛合金的自阻,可以施加电流将其快速加热到高温,进行成形。在钛合金波纹管成形过程中,需要确定4个重要的参数,即加载在钛管上的电流大小、升温时间、胀形气压、轴向压力。通过对波纹管加热过程中温度场的观测和控制,可以得到对波纹管成形最有利的温度场。通过对成形过程的模拟,可以得到比较可靠的试验参数,进而减少试验的次数;模拟中还可以发现成形过程中可能出现的新问题,为之后的试验提供参考。通过对温度场的控制和成形过程的模拟,钛合金波纹管可在几分钟内被加热到成形温度,从而提高生产率,降低对环境的污染;同时采用气胀和轴向加载的复合工艺,有效地避免壁厚的过分减薄。     

三级轴向旋流器燃烧室的贫油熄火性能试验

对三级轴向旋流器燃烧室进行了不同进口速度、进口温度、三级轴向旋流器旋向组合和空气流量分配下的贫油熄火性能试验.研究结果表明:随着进口速度、进口温度的增加,三级轴向旋流器燃烧室的贫油熄火油气比减小,进口温度的升高对贫油熄火性能的影响显著;相同进口速度下旋向组合为逆时针-逆时针-顺时针方案的贫油熄火油气比比旋向组合为顺时针-逆时针-顺时针方案的贫油熄火油气比约高50%;内旋流器空气流量的减小可使得贫油熄火油气比有所减小,但减小的幅度不大.      

高深径比TC4钛合金筒形件普旋成型有限元数值模拟

采用有限元法对特定高深径比TC4钛合金筒形件普旋成型进行了数值模拟,分析了运动轨迹、旋压道次间距和间隙对成型的影响.结果表明普旋时坯料不同部位的应力应变状态不同,采用凹曲线轨迹,间隙为3.5 mm,首道次间距为9 mm,分6道次旋压成型效果好.同时在有限元数值模拟基础上,成功旋制了高精度试验件,说明有限元模拟对旋压具有很好指导意义.     

出口宽高比对双涵道S弯喷管流动特性的影响

为了明晰出口宽高比对基于真实排气混合器构型的S弯喷管流动特性的影响机制,数值模拟了不同出口宽高比下的双S弯喷管内/外流特性。结果表明：出口宽高比对排气混合器附近的流场特征影响较小,但增加出口宽高比导致喷管下游纵向转弯处的涡量减小,而涡的横向运动更加剧烈,由此带来的涡损失及内/外涵掺混损失沿纵向有所减小,沿横向持续增大。随着出口宽高比的增加,纵向两弯处及等直段区域的壁面剪切应力减小,相应的摩擦损失和局部损失降低;而上、下壁面极限流线的扩张-汇聚程度增强使得该区域的摩擦损失增大。宽高比的增加导致喷管出口附近气流的轴向速度逐渐增大,出口下游的尾喷流速度核心区长度逐渐缩短。不同出口宽高比条件下,喷管几何构型与排气混合器相互作用产生的多种流动损失的变化趋势相反,综合起来对S弯喷管的气动性能影响较小。     

当量比对连续旋转爆轰燃烧室特性的影响

为了探究当量比对甲烷-空气连续旋转爆轰燃烧室（CRDC）特性的影响,利用二维可压缩欧拉方程对CRDC进行了数值研究,分析了爆轰波的发展过程和贫燃熄火过程,对比了不同工况下CRDC特性参数的变化情况。结果表明:CRDC起爆后燃烧场在由不稳定状态到相对稳定状态的过程中发生了2次碰撞,当进气当量比较低时,CRDC未能完全发生2次碰撞过程就已经熄爆。随着进气当量比的降低,爆轰波传播速度、轴向平均速度、出口平均温度、出口平均总压均呈下降趋势;增压比随当量比降低而减小的根本原因在于旋转爆轰燃烧过程和等压燃烧过程的熵增差减小,使吉布斯自由能增量差减小。CRDC的燃料驻留时间处于亚毫秒量级,燃烧热效率保持在99%以上。      

分流器对进气粒子分离器性能的影响

为了揭示分流器位置及形状对进气粒子分离器(IPS)性能的影响,采用Realizable k-ε湍流模型对IPS进行了数值模拟,得到了分流器沿轴向移动及径向移动对IPS流场、分离效率、总压损失的影响,在此基础之上,研究了分流器唇口处与内壁面最高点轴向距离及径向距离的比值及分流器形状对IPS的影响,结果表明:比值较大时,随着轴向距离的增加,总压损失呈下降趋势,且下降梯度较大.当比值较小时,总压损失呈先减小后增加的趋势;与未改变分流器形状相比,分流器形状改变后总压损失有所降低,分离效率提高,并且分流器唇口处最高马赫数有所降低.      

三级轴向旋流器影响燃烧室性能的试验

对装有4种不同三级轴向旋流器的燃烧室开展了常压下不同进口速度、进口温度和油气比状态下的燃烧室性能试验研究,获得了不同三级轴向旋流器燃烧室的流阻性能和燃烧性能.研究结果表明:各方案中三级轴向旋流器燃烧室的总压损失系数均随着进口速度的增大(由40m/s增加到70m/s)而增加;进口温度的升高对点火和熄火均有利;旋向组合为顺时针—逆时针—顺时针的三级轴向旋流器燃烧室性能与旋向组合为逆时针—逆时针—顺时针的三级轴向旋流器燃烧室燃烧性能相比,总压损失系数稍大、贫油熄火性能较优、燃烧效率稍低;内旋流器空气流量的减少可使得三级轴向旋流器燃烧室的总压损失系数增大、贫油熄火油气比和燃烧效率均有所降低.      

Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中显微组织演化

通过剪切旋压试验,研究了旋压温度(910℃和1000℃)和减薄率(0、10%和30%)对Ti-22Al-25Nb合金显微组织的影响,探讨了旋压过程中的显微组织演化规律。结果表明:Ti-22Al-25Nb(原子数分数)合金旋压组织主要由α2相、B2相和O相组成,在旋压过程中,B2晶粒沿旋轮进给方向被拉长,且伴随有动态再结晶现象发生;温度主要影响Ti-22Al-25Nb合金中α2相与O相的尺寸和形貌,随着旋压温度的升高,O相片层逐渐变短并粗化,α2相趋向等轴化;变形量主要影响α2相体积分数与O相形貌,随着减薄率的增大,α2相体积分数逐渐减少,O相从片层状转变为短棒状。因此,Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中不仅发生晶粒变形与动态再结晶现象,更涉及复杂的相变行为,组织控制困难。     

附加涵道风扇系统叶尖涡轮流动特征

针对一种可极大提升涵道比的气驱附加涵道风扇推进动力系统开展研究,采用数值模拟手段重点分析了其核心部件叶尖涡轮的流动特征和工作机理,为后续发展这种大涵道比推进动力奠定理论基础。研究表明:叶尖涡轮实质上是具有低稠度低展弦比特征的轴流涡轮,稠度可低至0.6,展弦比可低至0.4。低展弦比造成的叶尖涡轮间隙泄漏损失增大为原来的2倍,泄漏涡径向侵入叶根,主流流动损失加剧,大大降低了低稠度涡轮能量提取效果;稠度降低会使得喉道位置迁移,导致气流偏转和膨胀加速能力大幅下降;基于这一结构,提出有效提能区和能量提取率来阐明其做功机理并表征低稠度叶尖涡轮的出功能力。