航空复杂构件精确成形技术基础研究

航空复杂构件是指飞机和航空发动机结构中形状结构复杂和(或)组织结构复杂的结构件.精确成形则是采用各种成形方法获得成形完整、尺寸精确、组织结构精确控制以及性能优越、可靠性高零件的工艺方法.凝固成形和塑性成形技术是两种主要的、传统的成形技术,各种大型,薄壁、整体、复杂、精密、优质的铸锻件是飞机和航空发动机的主要承力构件和关键构件,在航空制造业中具有十分的重要地位.     

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

钛合金大型复杂构件等温局部加载近β锻造组织控制研究进展

高性能钛合金大型复杂构件精确塑性成形是航空航天高端装备实现大运力、低能耗、长寿命的必然选择,然而,面临如何提高成形制造能力和如何实现成形成性一体化控制的挑战。等温局部加载近β锻造为该类构件的成形提供了一种先进的工艺途径。由于成形过程的特殊性、构件结构的复杂性以及钛合金组织对成形方式与条件的敏感性,使得如何实现微观组织控制并获得性能优异的三态组织成为该成形技术研究发展与应用迫切需要解决的关键问题和基础性难题。从钛合金等温局部加载多道次成形组织演化机制、不同加载区和过渡区组织均匀性控制和三态组织形成及等温局部加载参数优化进行分析并给出了最新的研究进展。     

三维自由弯曲成形技术及在航空制造业中的潜在应用

三维自由弯曲成形技术作为金属塑性成形领域近年来一项重要的技术创新,能够实现管材、型材、线材在各种弯曲半径条件下的精确成形,对传统弯曲成形技术带来了巨大的挑战.从三维自由弯曲成形技术的基本原理入手,对三轴、五轴以及基于并联机构的六轴自由弯曲系统的技术优势、关键工艺参数与成形缺陷、相关技术及装备研究进展情况等进行了系统介绍,并对其在航空复杂弯曲构件制造领域的应用前景进行了分析和展望.     

虑及板坯几何和性能波动的薄壁件塑性成形数值模拟研究进展

用于塑性成形的大型金属板坯存在不可避免的几何以及性能波动,其参数波动呈现很强的分散性和随机性,难以准确地定量表征。金属板坯几何和性能的波动会显著增加其在塑性成形中变形的复杂性,导致成形质量及成形极限下降,尤其是在具有强烈不均匀变形特征的薄壁件拉深、旋压等塑性成形中表现得更加明显,极大制约了大型薄壁件的精确成形。从板坯几何和性能波动的表征方法,虑及几何和性能波动的薄壁件塑性成形有限元模型建立、成形质量的影响规律、工艺参数设计及调控等方面综述了相关研究进展,并提出虑及几何和性能波动的薄壁件塑性成形研究中仍面临的难题与挑战,对发展薄壁件塑性成形理论与技术具有重要指导意义和参考价值。     

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。     

超塑性的最新研究开发

日本名古屋工业技术研究所的马渊守等人阐述了超塑性的一般特征、高速超塑性的最新研究进展及在航空航天器构件上的应用实例。超塑性对于多晶材料来说,应变依存于高应变速率,不产生缩颈而能延伸百分之几百。具有大延伸率、大应变速率敏感性指数和小流变应力的超塑性材料能够进行超塑整体成形,故对飞机构件成形很有效。能够采用超塑气压胀形成形出形状复杂的零件,如涡轮零件,壁板以及蜂窝结构等超塑性的最新研究开发     

大型构件蠕变时效成形技术研究

蠕变时效成形技术是为实现大型整体壁板构件高性能与精确成形协同制造而发展起来的一种新型钣金成形方法.分析了大型整体壁板构件的特点和蠕变时效成形技术的原理,从蠕变时效材料本构建模、模具型面回弹补偿和模具设计3个关键方面重点阐述了蠕变时效成形技术的研究进展,并且从材料本构向构件本构发展、蠕变成形向塑变与蠕变复合成形发展和简单热力能场向多级复合能场时效成形发展3个研究热点阐述了该技术进一步发展面临的挑战.     

低熔点合金在C919飞机零件成形中的应用

根据70℃低熔点合金的导热性、表面张力、热熔及相变稳定性等特点,将它应用于C919飞机的门密封零件的成形,采用专用模具压弯成形方法进行加工。利用低熔点舍金加热熔化后填充型材毛料内部,常温下,待其冷却凝固后对零件进行加工成形,用低熔点塑性材料作为传力介质挤胀成形薄壁空心构件,研究了空心构件低熔点塑性介质挤胀成形机理、成形模具的结构、零件回弹和变形的修整。对低熔点合金材料的下一步研究进行了展望。     

管路构件塑性变形连接技术研究进展及挑战

管路构件被广泛应用于航空航天等领域各类先进装备的介质传输构件与结构件，是起着“血管类”生命控制线作用的一类量大面广的关键构件，一般在整个装备中工作环境最为复杂、可靠性要求最为苛刻。各类管路构件的可靠性连接是确保其服役安全性与稳定性的瓶颈问题。管路构件塑性变形连接技术具有连接强度大、可靠性高、连接工艺过程高效环保等优点，已被广泛应用于各类管路构件的连接工艺。然而，随着各类先进装备对长寿命、高功效、轻量化和高可靠性要求的进一步提升，管路构件连接技术正面临新挑战。从接头塑性成形、装配工艺与服役性能等3方面综述了管路构件塑性连接的最新研究进展；结合工艺特点与服役性能，对比分析了几种主要连接结构的工艺过程和服役性能的差异；通过对上述研究进行动态分析，总结提出了管路构件塑性连接技术的发展趋势与所面临的技术挑战。     

Al-6.3Cu铝合金电弧填丝增材制造成形与组织性能

采用HPVP-GTAW电弧作为热源进行Al-6.3Cu合金的电弧填丝增材制造,试验研究送丝速度和运动速度对成形层高和层宽的影响,并对比分析常规VP-GTAW和HPVP-GTAW两种热源对构件组织性能的影响。结果表明:协调调节WFS和TS可在获得良好成形外观的同时实现对构件尺寸的有效控制;Al-6.3Cu合金构件内部组织呈现出典型层状分布特征,且各部位组织特征相类似,主要由等轴晶粒组成;原始状态下WAAM构件具有很好的塑性,但其强度较低,与常规VP-GTAW相比,HPVP-GTAW有助于提高增材构件的强度。     

美国航宇工业超塑成形近况

过去由于型面复杂、无法设计成整体而必须用紧固体连接的一些组合件,在应用超塑成形工艺之后便可重新设计成一个单片构件而减少了重量和成本。超塑性成形的零件没的残余应力,因此没有回弹;与传统的落锤成形比较,超塑成形不需要精确吻合的阴模与阳模而只需一个摸具,这样不仅减少了模具制造成本,也缩短了调整模具所需要的时间。由于模具较简单,对于生产量在50～10000件的零件应用超塑成形在成本上特别有竞争力。在超塑形(SPF,SUPER PLASTIC FORMING)中气体压力较低,只需2MPa左右,与大多数标准的金属成形与锻造工艺不同,SPF不因零件尺寸增大而需要增加成形压力,因此,尺寸较大的板金零件特别适合于应用SPF以发挥其优点,目前     

钛合金筋板类构件局部加载成形有限元仿真分析中的摩擦及其影响

局部加载等温成形为大型钛合金筋板类构件省力、高性能成形制造提供了有效的途径。然而其成形过程复杂,材料参数、几何参数、工艺参数高度耦合作用,精确预测困难。有限元仿真为此类复杂成形问题的分析和优化提供了有力的工具。而摩擦模型和摩擦条件是数值模拟的重要边界条件之一,影响到预测结果的精度及可靠性。本文着重分析了库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、库伦-剪切摩擦模型、库伦-粘着摩擦模型以及摩擦大小对筋板类构件局部加载成形仿真分析结果的影响。研究结果表明:剪切摩擦模型适用于局部加载成形过程的建模仿真;确定精确的摩擦条件可降低载荷预测误差15%以上;主动调控局部区域摩擦条件可改善局部加载成形过程的充填、减少缺陷。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

振动辅助塑性成形机理及应用研究进展

振动辅助塑性成形相比于传统工艺,能够减小成形载荷、提高材料成形性能、改善零件表面质量,是一种先进且具有广阔应用前景的塑性成形工艺,近些年相关研究取得了较大进展。介绍了振动辅助塑性成形效应及相关机理研究工作,阐述了振动辅助塑性本构模型及数值模拟技术的研究进展,并对振动辅助塑性成形工艺、超声振动和低频振动装置进行了综述,最后探讨了振动辅助塑性成形机理及应用中存在的问题及发展趋势。     

TC4钛合金激光快速成形力学性能

试验研究了TC4钛合金激光快速成形的力学性能.结果表明,成形件室温及高温强度均超过锻件水平,塑性接近锻件水平.严格控制成形气氛中杂质元素的含量能使TC4钛合金强度与塑性合理匹配.     

塑性成形助力高性能、轻量化制造——访教育部长江学者、西北工业大学詹梅教授

正詹梅ZHAN Mei长江学者特聘教授Chang Jiang Scholar西北工业大学教授Professor of Northwestern Polytechnical University万人计划领军人才、国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金获得者。现任中国机械工程学会塑性工程分会副理事长、凝固技术国家重点实验室副主任;Manufacturing Review副主编,《塑性工程学报》、《西北工业大学学报》和《精密成形工程》编委。致力于高性能轻量化复杂构件不均匀变形机理与精     

单德彬 塑性成形技术专家

<正>您如何看待塑性成形技术发展中面临的"开发难成形材料的新工艺与实现大型有限元模拟软件的国产化"难题?单德彬:塑性成形技术是先进制造领域的重要发展方向,其设备能力和技术水平已经成为衡量一个国家工业发展和国防建设的主要指标之一。近年来,我国塑性成形装备与技术的发展十分迅速,一批具有重大影响的先进塑性成形设备研制成功。     

钛合金板超塑性成形/扩散连接成形因素影响的数值模拟

通过对超塑性成形与扩散连接(SPF/DB)成形原理和过程的讨论,以最优成形温度下的Ti-6AL-4V合金材料特性和超塑性成形气压加载理论优化结果为依据,利用Ansys有限元软件的建模和数值模拟,提取夹层板作为研究对象,建立模型和定义材料性能参数,定义接触和加载方式。     

铝合金超塑与常规冲压成形构件的拉伸性能

本文阐述了铝合金超塑成形与常规冲压成形构件的剖面尺寸、力学性能的变化情况.对某型机的一个帽型材构件,用两种不同工艺成形并进行静力拉伸与对比分析.