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。     

冲压发动机超薄壁波纹形件的粘性介质压力成形

粘性介质压力成形是一种采用具有高粘度并且可流动的半固态介质作为软凸模的成形方法。采用试验和数值模拟方法，研究了高温合金超薄壁波纹形件成形过程坯料形状、应变分布、厚度分布的变化和界面摩擦对板料成形的影响，研究结果表明：成形件尺寸精度高、表面质量好、厚度均匀；与钢凸模成形相比较，可以避免局部较小半径曲面之间的严重颈缩；对于具有局部较小半径曲面的复杂形状薄壁件，粘性介质压力成形显示出其优越性。     

电连接器壳体冷挤压成形技术

冷挤压成形技术是指在室温条件下 ,由模具借助锻压机械的压力 ,将金属坯料压制成所需形状的工艺技术 ,是一种少切削、无切削加工工艺。采用冷挤压技术成形金属零件 ,与传统的机械切削方法或铸造法相比 ,具有节省原材料、降低能源消耗、提高生产效率、提高零件的几何精度、提高强度和刚度、可加工形状复杂的异形零件等优点。本成果经过多年试验 ,已成功地把冷挤压成形技术应用到电连接器的铝合金壳体的生产中 ,制造出多种圆形、矩形电连接器的铝合金壳体零件。采用本项技术制造的铝合金壳体壁薄质轻比强高 ,形状复杂质量好。最小壁厚可达 0 .…     

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。     

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。     

双路径自然增压铝合金2A12O充液拉深

 基于铝合金等难成形板材的需要,提出了双路径自然增压充液拉深新技术。用有限元法对铝合金2A12O双路径自然增压充液拉深进行研究,探讨径向压力和液池压力单独变化时对壁厚分布的影响;得到合理的液池压力和径向压力加载路径以及合适匹配比;分析了该方法中液池压力和径向压力成比例变化时,壁厚分布的变化趋势。结果表明：采用15.0~20.0 MPa的液池压力,并将液池压力经增压活塞1.45倍增压后引到毛坯法兰边缘,可获得壁厚分布比较均匀、成形质量较高的零件,并能显著提高板料的极限拉深比;液池和径向压力的比例变化影响成形零件的壁厚分布,并且在不同的成形阶段其影响趋势不同。对模拟分析得到的压力加载路径和增压比进行实验,得到拉深比达2.65的铝合金2A12O杯形件,并建立其成形合理的压力区域。     

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。     

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。     

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.     

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。     

粘性介质压力成形的应用研究

 给出了VPF 在镍基高温合金波纹形薄壁板件、铝合金阶梯形板件和不锈钢球形阀芯板壳件等成形中的应用,研究结果表明: (1) VPF 技术适合于成形高强度超薄壁(壁厚为013 mm) 小半径( r ≤2 mm) 曲面板件,可以避免局部颈缩和开裂,成形的零件尺寸精度高( IT10～11); (2) 对于采用多道次刚模拉深成形的铝合金阶梯形板件,可以一次拉深成形; (3) 可以成形用于密封的高尺寸精度和表面质量的球形阀芯壳件。     

进气畸变对涡扇发动机稳定性及性能影响

为评估进气畸变对涡扇发动机稳定性和性能的影响,发展了一种二维的计算方法,采用非定常、二维、无黏的积分型欧拉方程,沿发动机轴向、周向划分计算单元,通过时间推进法进行求解.某双轴混排涡扇发动机的分析结果表明:该方法可以获得进气畸变在发动机流道中的传递曲线,评估风扇、高压压气机等部件对畸变的衰减作用;通过对工作包线上典型工况点的分析,可判断各点抗总压、总温畸变的能力,确定受畸变影响较大的危险点;在给定的稳态总压畸变条件下,发动机推力下降、耗油率上升,其最大变化值为10.5％和11.7％.     

某小型涡扇发动机全流道准三维数值法

采用高阶精度Godunov格式和时间相关法,用多部件模型在小型涡扇发动机的全流道S2流面上求解带黏性力项的非定常Euler方程组,并将整机模拟的结果与试验结果进行了对比,在合理给出损失的情况下,计算结果与试验结果基本吻合.     

高速风洞带动力模拟试验TPS短舱唇口设计

利用计算流体动力学(CFD)技术分析了进气道质量流量差异对外表面压力系数分布的影响,并通过对发动机进气道唇口的反设计优化,使涡轮动力模拟器(TPS)试验时的外表面压力分布与真实质量流量下的压力分布基本一致.通过对发动机唇口修正,可提高2.4m跨声速风洞高速带动力模拟风洞试验的准度.      

基于容积法的某涡扇发动机动态建模方法

考虑了容腔的质量和能量的储能效应,提出了基于容积法的涡扇发动机实时数学模型建模方法,建立了容腔压力和温度的微分方程,容腔的压力和温度可以用不迭代的数值法求解.同时,利用C++面向对象编程语言,建立了某涡扇发动机动态模型.用建立的发动机动态模型和商用软件Gasturb 10分别计算了发动机性能,并进行了对比,结果表明:该模型与Gasturb 10的运算结果具有良好的一致性,高压压气机转速、涡轮进口温度及压气机喘振裕度的响应结果最大相对误差小于1%.容积法避免了数值迭代,可以保证模型计算的实时性.      

大型客机涡扇发动机动力特性模拟

机体/发动机干扰问题是现代大型客机设计中必须考虑和解决的核心问题之一。长期以来，商用和in-house计算流体力学（CFD）软件，都是通过在发动机进气口设置质量流量比，排气口和外涵道设置总温比/总压比，建立动力特性模型来等效模拟机体/发动机干扰流场。在现有动力特性模型基础上，借鉴特征边界思想，将外涵道指定为特征边界，建立了一种新的发动机动力特性模型。采用轴对称超高涵道比涡扇发动机模型、轴对称涡轮动力模型以及某型客机带发动机模型对两种动力特性模型进行了系统的验证和确认，结果表明：两种发动机动力特性模型均能很好地模拟涡扇发动机动力效应，且计算结果与试验数据吻合较好，说明了两种动力特性模型的正确性、可靠性以及工程适用性。此外，所建立的新动力特性模型特别适合于大涵道比涡扇发动机的动力效应模拟，且可以在外涵道总温比、总压比等参数未知的情形下，评估发动机的动力特性，在实际工程中应用更广泛。     

涡轮导向器几何与气动参数对通道涡影响的实验与数值研究

通过风洞实验和数值计算,对某型涡扇发动机原型和改型涡轮低压导向器进行了详细的流场测量与数值模拟,以考察在具有大扩张角前置机匣的涡轮导向器流道中,多种几何与气动参数变化对通道涡形成和发展的影响,特别是叶片弯曲对通道涡位置及强度的影响。结果表明:由于导向器进口前的机匣段上端壁子午扩张引起流动分离,并在叶栅进口形成远大于普通叶栅实验的大厚度进口边界层,弯叶片对通道涡位置的影响与其它进口条件下的实验结果有所不同,表现为叶片正弯引起上通道涡核心位置上移,进口分离、大厚度进口边界层以及叶片正弯引起的叶片表面静压变化是造成这一现象的根本原因。     

涡扇发动机带动力数值模拟

基于等熵流动原理,通过在排气口处设定总温比／总压比,进气口处设定质量流量,提出了一种新型的发动机进排气边界条件。通过与N-S方程耦合求解,数值模拟了轴对称超高涵道比涡扇模拟器CURF和单独涡轮动力模拟器进排气流场,数值结果表明：计算结果和实验值吻合较好,验证了提出的发动机进排气边界条件的正确性,同时也验证了涡扇发动机带动力流场计算方法的可靠性。