金属增材制造监测与控制技术研究进展

金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势,有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术,但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展,论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性,并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。     

基于有限元仿真的镗孔刀片优化设计及其性能评估

针对某结构件加工中镗孔刀具性能提升问题,采用参数化设计方法,对切削刃进行了优化设计;同时运用有限元仿真方法对比了不同参数下切削刃的切削性能,实现了镗孔刀片的快速优化设计,缩短了开发周期。在镗孔刀片性能有限元仿真评估中模拟了两刀片同时参与切削的情况,同时结合切削温度的数据获取,实现了实际切削工况的有效还原。镗刀片设计采用了刃口倒棱加刃口钝圆的结构,并从刃口倒棱宽度与倒棱角度两方面进行了有限元性能评估。结果表明:该方法可通过切削温度和切削应力的变化来分析倒棱宽度对切削状态的影响;当刀片倒棱角度过小时,会使得后刀面承受过大应力,加快刀片磨损。     

5A90铝锂合金的蠕变时效行为及机理

研究了在不同时效温度和应力水平的影响下,5A90铝锂合金的蠕变时效行为和微观组织及力学性能演变规律和机理。实验采取先加载后加热的方法,即考虑了蠕变时效非等温阶段。结果表明:在恒定外加应力175MPa下,加热至100、130和160℃时的非等温蠕变应变分别为0.026%、0.036%和0.069%;160℃下等温阶段保持18 h后的蠕变应变达到1.207%,远大于130℃下的0.079%和100℃下的0.039%;蠕变应变速率随温度升高而增加;由于蠕变损伤,160℃下出现蠕变第3阶段。研究了130℃下不同应力水平对微观组织和力学性能演变的影响,发现应力为175 MPa时,非等温蠕变变形很明显,但在125和150 MPa下加热至120℃之前不会发生蠕变,并且等温蠕变应变随应力增大而增加;较高的应力可以促进δ′(Al3Li)、S(Al2MgLi)相的析出和长大;在蠕变时效初期,应力越大,位错密度越小,而在蠕变时效的后期则相反;与125和150 MPa相比,合金在175 MPa下蠕变时效初期表现出最低的强度和最好的塑性,而在蠕变时效后期则相反,这归因于位错强化和δ′相强化之间的协同作用。     

高体积分数SiCp/Al复合材料航天结构件的铣磨加工

通过工艺试验,研究了工艺参数对铣磨力与铣磨表面质量的影响。结果表明,较高的主轴转速、较低的进给速度与铣磨宽度是降低铣磨力的有效手段,铣磨工具的磨粒颗粒度是影响铣磨表面质量的主要因素。通过对一系列典型高体积分数Si Cp/Al复合材料航天结构件进行样件加工,验证了铣磨工艺的可行性与有效性。     

超低温加工技术的研究现状及发展趋势

航空航天等重点领域的难加工材料对加工工艺方法提出了挑战。本着"一代材料,一代工艺"的原则,先进加工工艺方法被广泛探索。超低温加工具有常规加工方法不可比拟的优势,包括少/无环境污染、健康危害小、零件表面完整性好、加工效率高、刀具寿命长、综合加工成本低等,适于难加工材料的加工。本文简述了超低温冷却加工技术的原理与实施方法,详细介绍了难加工金属、纤维增强复合材料、高分子聚合物、工程陶瓷等典型材料的超低温加工研究进展。同时,还介绍了国内外主要研发机构的超低温装备研制和应用现状。最后,对超低温加工技术进行了总结,并给出了技术发展趋势。