减少高强度铝合金锻件机加工变形的方法

一、前言在航空航天产品中,一些大中型复杂的受力结构零件,经常采用高强度变形铝合金锻件经机械加工制造而成的。高强度变形铝合金,例如LD10、LC4合金的优良性能是通过热处理获得的。但是,零件在生产过程中,每道加工工序,例如锻造、热处理、机械加工等都会在零件内部不可避免地产生残余应力。这些残余应力能引起零件在机械加工过程中变形和在使用过程中尺寸不稳定。结果降低了产品质     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

航空薄壁回转体零件热处理残余应力的建模与仿真

航空薄壁回转体零件由于自身结构的特殊性,使得残余应力对其变形和精度稳定性有着很大的影响.采用热弹塑性有限元模型对薄壁回转体铝合金零件的热处理过程进行建模和仿真,运用有限元软件,对2A12铝合金薄壁回转体零件热处理过程瞬态温度场和应力场进行模拟,分析了热处理各个阶段的应力分布形态,并进行实验验证,数值模拟得到的残余应力值与实验结果基本一致.     

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。     

铝合金厚板淬火残余应力的有限元模拟及其对加工变形的影响

航空整体结构件在加工过程中容易发生较大变形。为了研究毛坯的初始残余应力对整体结构件加工变形的影响,采用准耦合方法,利用有限元软件ABAQUS模拟7075铝合金毛坯的淬火过程,研究该过程中温度的变化和残余应力的分布规律,并在含有淬火残余应力的毛坯上进行材料去除模拟。结果表明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火模拟的有效性。     

航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形焊接新技术。此项技术保证了在焊接过程中对变形积极主动的控制，达到了焊后完全无变形的要求，取消了焊后矫形工序，已成功地应用于航空发动机耐热合金薄壁机匣和运载火箭铝合金燃料贮箱的焊接。用“静态”控制方法及在此基础上发展的“动态”控制新方法均可定量地控制焊缝区的不协调应变量，获得焊后低应力无变形的效果。     

基于中子衍射技术的航空发动机部件残余应力测试分析

为了研究航空发动机典型部件内部残余应力分布，介绍了材料残余应力常用的测试分析方法和中子衍射测试分析方 法，并对各方法的分辨率和穿透深度进行了对比，详细阐述了中子衍射技术在航空发动机机匣、叶片、涡轮盘等部件的残余应力测 试分析及材料微观变形机理研究方面的应用。与其他残余应力测试方法相比，中子衍射测试分析方法具有穿透能力强、分辨率高等 优点，能够准确、无损地测试和分析材料的内部残余应力，可用于测量材料或工程部件的3 维残余应力，为评估航空发动机部件的 安全性和可靠性提供依据。     

T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析

运用ABAQUS有限元软件建立了T型航空7050铝合金构件淬火残余应力模型,得到了构件在淬火过程中的冷却曲线和不同部位的残余应力分布规律.结果表明:T型构件无论是肋部位还是腹板部位在淬火过程中均呈现出表面压应力,芯部拉应力的整体分布规律.但由于零件的复杂性,肋部位的塑性应变相对集中,导致其无论是表面还是芯部,产生的淬火残余应力均大于腹板部位的残余应力,且在整个淬火过程中分布规律相对复杂.     

基于加工表面完整性的TB6精铣参数优选

TB6高强度钛合金因其优良的比强度和热变形性能被广泛应用于航空领域,是制造直升机旋翼系统主承力结构件和起落架的主要材料.为了使零件获得较佳的疲劳性能,基于加工后的表面完整性指标对其精铣加工参数进行了优选.试验结果表明,每齿进给量fz对加工后的表面粗糙度Ra和表面残余压应力σH有较大影响,随着每齿进给量fz的不断增大,表面粗糙度Ra近似线性增大,表面残余压应力的幅值也随之增大;线速度vc主要影响加工表面显微硬化率,显微硬化率随线速度的增大而降低;径向切宽ae对加工表面残余应力也有较大的影响,随着ae的增大,加工表面残余压应力的幅值逐渐降低.因此,从提高零件疲劳寿命的方面考虑,在满足例如零件表面质量要求和生产效率等各项生产要求的前提下,应尽可能降低铣削线速度,减小径向切宽,提高每齿进给量,适当选择轴向切深.     

航空发动机用复合材料支架成型工艺探索

针对航空发动机的特殊使用要求,通过树脂体系选择、增强体编织设计与制造、模具设计与制造、零件试验件的制造及性能试验等工作,对航空发动机用复合材料支架的制造工艺进行探索,为进一步推广复合材料在我国航空发动机上的应用进行技术储备.     

面向航空发动机减重的铝合金管强化机理研究

为助推新一代大型航空发动机推重比的有效提升,开展面向航空发动机减重需求的高强度铝合金管件自增强机理研究。采用有效强化的高强度铝合金管件大规模替换航空发动机低温段不锈钢高压管件,是实现航空发动机减重的可行方法。通过研究高强度铝合金管件自增强工艺的强化机理,建立基于三剪统一强度准则,同时考虑包辛格效应、应变时效以及应变硬化的高压自增强工艺参数数学模型,并结合双线性随动强化模型,分析管路构件在强化过程中的弹塑性行为与残余应力分布演化规律,研究确定强化工艺参数。基于ANSYS,在额定工况下对强化后的铝合金管件和不锈钢管件的疲劳强度进行仿真分析,最后采用脉冲疲劳试验进行验证,证明自增强铝合金管件替换现役不锈钢管件具有较好的可行性。     

薄壁件铣削路径的研究现状

薄壁零件普遍具有结构复杂、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点,目前此类零件都采用数控铣削的方法来加工[1].但在加工过程中由于零件刚度差等多种原因,容易产生变形,因而难以控制加工精度和达到较高的加工效率.薄壁件的加工效率及变形误差,很大程度上取决于走刀策略.随着走刀路径的不同,工件内原有的残余应力释放顺序也不同,同时由于加工中切削力与切削热的作用,产生新的应力,新应力与原有残余应力的耦合作用也不相同,从而造成工件变形程度不一.因此对薄壁件铣削路径的研究是十分必要的.     

随形固定自适应夹具加工变形控制方法

叶片的加工精度及其稳定性对航空发动机的性能有直接的影响,由于叶片的薄壁和曲率多变特点,易受装夹、切削力和残余应力的影响而产生弯曲、扭转变形。针对该问题,本文提出了一种随形固定自适应夹具加工变形控制方法,可以将叶片无应力装夹,并将加工过程中产生的变形逐层消除。实验结果表明,采用随性固定自适应夹具加工变形控制方法,可以有效控制叶片加工过程中产生的变形,提高加工精度。     

基于残余应力重分布的导轨梁加工变形仿真与变形控制工艺方案研究

为解决大型薄壁铸件导轨梁在材料去除过程中因残余应力的释放与重分布导致变形超差的工艺难题,对导轨梁零件加工工艺进行分析,实现零件模型的简化与子结构分割;同时开展零件毛坯表面残余应力测量,成功建立零件毛坯初始应力模型。在此基础上结合实际加工工艺开展零件加工有限元仿真,模拟加工过程中由于材料去除引起的残余应力释放,预测了加工过程中残余应力重分布规律和加工变形情况。总结了零件加工变形的有限元仿真结果,提出抑制零件加工变形的工艺方案。经验证,改进后的工艺顺序使零件最大变形量由0.485 mm降至0.081 mm,降低83.3%,避免了零件在加工过程中的尺寸超差。同时该平面作为后续加工的基准,保证了后续加工的精度,为生产工艺优化提供了有效的理论依据。     

残余应力重分布引起的薄壁零件加工变形研究

现代航空工业中为减轻飞机重量,提高飞机的各项机械性能,整体构件越来越多地被使用。加工大型整体薄壁构件时,有90％以上的材料被切削加工去除,由于材料去除后零件刚度的降低以及应力的释放,造成过大的加工变形。本文用MSC．Marc有限元软件仿真了铝合金预拉伸板材料去除对于加工变形的影响,并分析了加工变形的成因。为验证有限元结果的正确性,在高速数控铣床上加工了同样的试件。结果表明仿真结果与实验结果一致,残余应力的释放与重分布是薄壁零件加工变形的主要原因。     

航空发动机涡轮叶片精铸模具的现状及发展趋势

未来航空发动机涡轮叶片精铸模具将朝着智能化、网络化、超精密、绿色化的方向发展航空发动机是航空飞行器的心脏,它的内腔由一系列叶片及其他复杂结构的零件组成,此类零件的制造精度直接影响发动机的总体性能。新型发动机不断追求高推重比和高功重比,使航空发动机的相关零件结构日趋复杂。如叶片的流入角和流出角的变化使得叶片向薄壁、扭曲、空心等方向发展,叶片进排气截面半径呈曲线分布,所用材质由铝合金向不锈钢、空发动机及其他产品精铸件二类工装模具的设计主要靠设计人员在图纸上进行手工二维串行设计,要求高、周期长,还容易出现反…     

常用铝合金材料和钢制件成形后性能检测方法及热处理变形的控制

总结国外转包生产中常用铝合金材料和钢制零件的压痕硬度检测和电导率检测方法的正确运用经验，并且通过实例论述了如何有效控制和预防零件的热处理变形，从而使经热处理的零件满足工程设计图纸要求。     

激光冲击处理在航空工业中的应用

作为一项新型的、可获得更深残余压应力层的表面强化技术,激光冲击处理在航空发动机上成功应用之后得到了迅速发展,不仅仅是发动机,其潜在的应用还包括很多高疲劳性能要求的机身结构,特别是紧固结构、焊接结构等     

基于浮动装夹自适应加工工艺的薄壁件加工变形控制技术研究

航空薄壁件尺寸大、壁薄、材料去除率高,极易发生加工变形问题,严重影响零件加工质量,因此航空薄壁件的加工变形控制具有重要的意义。以某传扭转接盘作为研究对象,基于加工过程中的监测变形力重构毛坯全局残余应力分布,优化了零件的加工位姿,并结合浮动装夹自适应加工工艺实现了零件的加工变形有效控制。实际加工试验将零件的平面度和平行度分别控制在0.11mm和0.04mm,结果表明,该方法能显著控制工件加工变形。     

航空结构钢件热处理变形的原因及排除措施

某些机身结构零件(梁、接头、平尾转轴、螺栓和发动机架等),多选用30CrMnSiA及30CrMnSiNi2A钢制造。这些零件在热处理时,由于热应力和组织应力的作用,不可避免地会产生程度不同的变形,变形主要表现在当应力超过屈服极限时外形的扭曲,也有各种组织比容的差异而造成体积的胀缩。大多数结构件的外形复杂,截面变化大,厚薄相差悬殊,使变形的可能性和复杂性增大;而零件的装配协调关系复杂、配合精度要求高,往往同时提出对几个不同部位的变形要求。采用校正和放留机械加工余量的办法,不仅耗费大量的工时,有的零件仍难以满足技术要求。