铝锂合金喷丸强化数值模拟及试验

根据喷丸强化工艺过程的特点,利用ABAQUS有限元计算软件建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型.在此模型基础上研究了喷丸速度、弹丸直径及弹丸数量等因素对铝锂合金喷丸残余应力场的影响规律,进而对比了单弹丸模型、均布式阵列弹丸模型和随机弹丸模型下残余应力场的分布规律.采用X射线残余应力仪和电解抛光法得到喷丸强化后沿铝锂合金试件厚度方向的残余应力分布规律.残余应力层深度约为0.24mm,最大残余应力出现在距表面深度为0.08mm处,验证了有限元模型的有效性.     

超声喷丸与传统喷丸对TC4 钛合金残余应力影响的仿真分析

为了预测喷丸TC4钛合金试件的残余压应力层深度及值的分布和冲击面凹坑的直径、深度特征曲线及表面形貌的变化,采用ABAQUS/Explicit软件建立2个3D模型。通过超声喷丸与传统喷丸2种工艺过程数值仿真对比了表面残余应力场差异,分析了TC4钛合金弹丸直径、速度和冲击次数等喷丸参数对残余应力分布的影响。结果表明:当动能相同时,2种强化过程表面所产生的残余压应力是可比较的,超声喷丸模型亚表层残余应力深度为0.16 mm,约为传统喷丸模型深度的2倍;传统喷丸产生的残余压应力最大值约-800 MPa,约为超声喷丸的1.6倍。与传统喷丸相比,超声喷丸具有较低的表面粗糙度以及较深的残余压应力层。残余压应力层深度与弹丸直径呈正相关,但过大的弹丸尺寸会引起薄壁件另一侧残余拉应力区域的增大。     

喷丸加工的改进

我厂原有的喷丸加工设备,主要适应于喷丸成形。而目前国外定货件涉及到的喷丸加工主要是喷丸强化。其要求对零件所有表面进行喷丸,图纸上详细规定了喷丸强度、复盖率、弹丸直径等,要求较高。为此,我们将喷丸设备和工艺进行了一些必要的改进,以便与之相适应。一、喷丸设备的改进 1.喷嘴架的改进定货方要求:喷嘴的位置和角度可以直接     

TC4钛合金超声喷丸强化残余应力数值模拟分析

为了探究TC4钛合金超声喷丸过程中喷丸参数对残余应力的影响规律,基于ABAQUS建立了TC4钛合金超声喷丸强化的3维有限元模型,分别从超声喷丸模型中振动头振幅、弹丸数量和弹丸直径的变化对TC4钛合金表层及亚表层残余应力分布的影响进行了分析。结果表明:随着振动头振幅和弹丸直径的增加,试件表面及亚表面每层残余压应力分布范围及残余压应力值均增大,残余压应力层深度增加;随着弹丸数量的增加,仅能提高每层残余压应力的值,对残余压应力层深度影响较小。     

喷丸成形技术及未来发展与思考

喷丸成形是一种借助高速弹丸流撞击金属构件表面,使构件产生变形的金属成形方法,喷丸成形是一种无模成形工艺,是大中型飞机金属机翼整体壁板首选的成形方法。     

喷丸对TC9钛合金表面层质量的影响

喷丸强化工艺是保证钛合金零件获得良好表面层质量的一种重要手段。由于这种工艺的适应性强、使用方便、方法可靠、强化效果佳,并且成本低廉,所以,目前在工业生产中得到了越来越多的应用。 试验是在TC9钛合金的拉削表面上进行喷丸。采用液压湿喷,弹丸为直径d=0.5～0.8mm的生铁丸,然后对喷丸及未喷丸的试件做冷作硬化、残余应力及疲劳强度的对比性试验,最终评价喷丸对钛合金表面层质量的影响。     

喷丸强化Ti6Al4V钛合金的数值模拟

为了更加真实地模拟Ti6Al4V钛合金的喷丸强化过程,建立了一个基于概率控制多弹丸冲击靶面位置的三维喷丸有限元模型,以考虑喷丸强化过程中弹丸之间的相互作用。模拟了喷丸角度为60°和90°的两种工况,结果表明:对于相同的弹丸尺寸和初始速度,达到完全喷丸覆盖率和饱和喷丸强度,60°喷丸角度工况在单位受喷面积上需要的弹丸个数为15/D2(D是弹丸直径),90°喷丸角度工况需要的弹丸个数为35/D2;在达到完全喷丸覆盖率的过程中,随着弹丸个数的增加,喷丸强化的残余压应力逐渐增大并趋于稳定,而受喷表面粗糙度基本呈线性增大;在完全喷丸覆盖率下,相对于60°喷丸角度工况,90°喷丸角度工况的表面残余压应力较小,但最大残余压应力较大,表面粗糙度也较大。      

激光喷丸成形多尺度有限元模拟技术

激光喷丸技术是一种先进的金属塑性成形和表面强化技术,相比于弹丸喷丸,激光喷丸能量密度更大,因而成形能力更强,可以用于成形刚度更大的钣金件,如飞机整体壁板,在航空航天领域有广泛的应用前景。构建一种多尺度激光喷丸成形模拟方法,包括激光喷丸诱导应力场的计算方法和基于直接应力法的工件成形曲率的预测方法。预测结果通过2024–T351铝合金块状试件和典型截面单筋件激光喷丸试验得到了验证,试验结果与模拟结果吻合较好,表明此模拟方法有效可行。     

预应力喷丸夹具

喷丸成形飞机整体壁板,无论采用PW-1喷丸机或手提喷丸机,都需要先将壁板在预应力夹具上预弯。实践证明,预弯喷丸可以消除自由喷丸的球面变形倾向,很好地控制变形方向。现就介绍预应力喷丸夹具。一、喷丸成形施加预应力原理薄壁板材自由喷丸时,板材外表面受到高速运动的弹丸流冲击,形成密集的凹坑,每个凹坑都有材料被挤压出来,向四周延伸,整个外表面积增加,内表面仍保持原有状态,内外表     

带筋整体壁板预应力喷丸成形数值模拟及变形预测

带筋整体壁板特别是高筋整体壁板具有优异的结构效率、减重效益和密封效果，在航空航天等领域备受青睐。预应力喷丸成形是大中型、长寿命、高性能复杂带筋整体壁板的一种不可多得的有效成形手段。数值模拟是促进带筋整体壁板预应力喷丸成形技术研究、进步与应用的一种极具潜力的途径。针对带筋整体壁板预应力喷丸成形数值模拟，建立了基于响应面函数的多弹丸撞击有限元模型、基于应变中性层内移的反弯曲应力场法模拟模型、预应力喷丸成形RBF神经网络预测模型，实现了喷丸成形应力场法数值模拟、预应力喷丸成形较高精度数值模拟与变形预测，为带筋整体壁板预应力喷丸成形技术研究和实际应用提供了一种更为便捷、高效、经济的途径。     

Φ10 mm 碳纤维复合材料管成型工艺及性能研究

对外径为Φ10 mm碳纤维复合材料管成型工艺及性能进行了研究。结果表明,采用热缩工艺成型的碳纤维复合材料管工艺简单、质量可靠,Φ10 mm碳纤维复合材料管件弯曲刚度与不锈钢管相当,弯曲强度为不锈钢的3倍以上,质量仅为不锈钢的50%,尺寸精度满足设计要求。     

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。     

自激励式电磁铆接放电电流分析

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能的铆接工艺。传统感应式低电压电磁铆接存在能量利用率低、难以解决高强度大直径铆钉和难成形材料铆钉的铆接等问题。基于自激励式电磁铆接技术,建立放电电流分析模型,通过数值分析与工艺试验探讨自激励式电磁铆接进行大直径铆钉成形的可行性。研究结果表明建立的电磁铆接放电电流分析模型可实现传统感应式和自激励式电磁铆接放电电流分析,分析结果与试验吻合较好;放电能量相同时,自激励式电磁铆接的涡流斥力峰值要远大于感应式的涡流斥力,能有效提高能量利用率,是实现大直径铆钉成形的有效方式;在放电电压为320V时,自激励式电磁铆接可实现直径为10mm的45号钢铆钉的成形,其变形以绝热剪切的方式进行。     

填加造孔剂法制备泡沫铝及其吸能性能

以尿素为造孔剂,采用填加造孔剂法制备泡沫铝,系统研究了成型烧结温度、孔隙率和孔径大小对泡沫铝吸能性能的影响,在此过程中采用电子万能试验机和数字图像相关(DIC)技术同步测试分析。结果表明:填加造孔剂法可以良好的控制泡沫铝的孔隙率和孔径;泡沫铝的最佳成型烧结温度为650℃,在此温度下,泡沫铝的压缩屈服强度达到10.7 MPa;随着孔隙率的降低,泡沫铝的屈服强度和平台应力逐渐提高,材料吸能性能有显著增强;当孔径小于2.0 mm时,随着孔径的增大,材料的吸能性能小幅提高。DIC技术可以直观的表征泡沫材料力学行为,具有良好的工程应用前景。     

煤油气动阀式脉冲爆震发动机爆震波压力特性试验

为研究煤油（C12H24）气动阀式脉冲爆震发动机的爆震波压力特性，通过进气加温和燃油加温，实现了以液态煤油为燃料，以空气为氧化剂，在内径0．1m，长2m的爆震管中产生了连续稳定的爆震波。分析了不同进气温度和小同燃油温度对气动阀出口流场和油雾场的影响，进而研究了不同进气温度和不同燃油温度对爆震波压力特性影响：结果表明，试验选定的双旋流加直流气动阀，当进气温度为373K和燃油温度为363K时，能够形成比较均匀的可爆混气，在爆震管内成功地产生了连续稳定的爆震波，爆震波压力峰值最大。获得进气温度和燃油温度对气动阀式PDE爆震波特性影响，为深入研究以液态煤油为燃料，空气为氧化剂的气动阀式脉冲爆震发动机工作性能提供了依据。     

A progressive approach to predict shot peening process parameters for forming integral panel of Al7050-T7451

In this paper, a progressive approach to predict the multiple shot peening process parameters for complex integral panel is proposed. Firstly, the invariable parameters in the forming process including shot size, mass flow, peening distance and peening angle are determined according to the empirical and machine type. Then, the optimal value of air pressure for the whole shot peening is selected by the experimental data. Finally, the feeding speed for every shot peening path is predicted by regression equation. The integral panel part with thickness from 2 mm to 5 mm and curvature radius from 3200 mm to 16000 mm is taken as a research object, and four experiments are conducted. In order to design specimens for acquiring the forming data, one experiment is conducted to compare the curvature radius of the plate and stringer-structural specimens, which were peened along the middle of the two stringers. The most striking finding of this experiment is that the outer shape error range is below 3.9%, so the plate specimens can be used in predicting feeding speed of the integral panel. The second experiment is performed and results show that when the coverage reaches the limit of 80%, the minimum feeding speed is 50 mm/s. By this feeding speed, the forming curvature radius of the specimens with different thickness from the third experiment is measured and compared with the research object, and the optimal air pressure is 0.15 MPa. Then, the plate specimens with thickness from 2 mm to 5 mm are peened in the fourth experiment, and the measured curvature radius data are used to calculate the feeding speed of different shot peening path by regressive analysis method. The algorithm is validated by forming a test part and the average deviation is 0.496 mm. It is shown that the approach can realize the forming of the integral panel precisely.     

涡扇发动机异形曲面壳体零件整体成形工艺

涡扇发动机异形曲面壳体零件单位长度直径变化较大,传统的制造方法是采用分体成形、组合焊接工艺,所需工序多、质量控制环节多、使用可靠性差,采用粘性介质压力整体成形方法则可以较好地解决这一问题。通过有限元模拟和试验方法,分析了成形工步、粘性介质粘性附着应力对板材流动及壁厚变化的影响。研究结果表明,粘性介质压力成形可以控制变形区板材的流动,提高成形试件壁厚分布的均匀性,使直径比为1.38零件的壁厚减薄率控制在12%,适合于涡扇发动机异形曲面壳体零件的整体成形。     

基于剪普复合旋压方法的双轮同步旋压技术

以解决小平面封底、二次曲线型、大直径、厚壁头罩类壳体旋压成形难题为目的,提出集成了厚壁板坯短剪切渐进成形轨迹设计、普旋预成形与短剪切成形轨迹配合设计、镜像双旋轮同步旋压精确控制、加热旋压控温曲线标定等技术内容,有别于传统的剪切旋压、普通旋压的单模具剪普复合旋压方法。通过试验,摸索了多道次普旋预成形和单模具剪普复合旋压成形基本规律,总结了旋压轨迹设计方法。实现了二次曲线厚壁头罩单模具一次成形,直径、壁厚、轮廓度等主要精度误差均小于0.2 mm。     

亚毫米级弹丸光电探测技术

本文在片光遮挡式弹丸探测技术基础上发展了光电阵列探测亚毫米级弹丸技术,论述了光电阵列探测亚毫米弹丸的技术原理,详细介绍了光电阵列探测系统的探测光路和探测电路设计方案,研制了光电阵列探测系统的动态试验验证装置。在超高速碰撞靶上开展了动态验证试验,试验结果表明,采用光电阵列探测技术,大幅提高了弹丸信号的信噪比,能够可靠探测直径为0．6mm 的高速弹丸,通过分析表明该技术能可靠应用于直径为0．1mm高速弹丸的探测。     

复杂曲面导管成形技术研究

复杂曲面管类钣金件作为航空发动机的重要单件,由于其形状复杂且同时具有壁薄、直径小、需与另一钣金件的某部位相配合等特征,加工及外观质量很难保证。本文对复杂曲面导管进行了工艺分析,同时分析了其复杂曲面、小直径凸缘成形的工艺难点。分别从回弹量及尺寸控制、缺陷特征及模具修理、冲压前的零件表面保护3个方面,对复杂曲面的冲压成形控制进行研究,提出了一套复杂曲面的冲压成形控制方法。此外,还提出了一套"能有效改进小直径凸缘轧波成型后的各种缺陷及尺寸超差情况"的校正方法。分析得出"该类复杂曲面和小直径凸缘钣金件成形控制"的一般规律,为后续同类型零件的成形研究打下基础。