大型机翼整体壁板时效成形技术

 分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论：应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。     

蠕变时效成形回弹预测及工装型面优化

蠕变时效成形是一种将蠕变成形与时效强化同步进行的成形工艺.由于卸载后工件的回弹量较大,因此回弹的预测和成形工装型面的优化很重要.以LY12的蠕变时效成形为研究对象,对经典蠕变本构方程进行了修正并将其开发为ABAQUS/CREEP子程序.对板材的蠕变时效成形特点进行了模拟研究,建立了LY12的回弹预测函数.试验结果表明:其预测准确性较高.将变偏差调节算法与ABAQUS/CREEP相结合用于某蒙皮的成形工装型面的优化,通过7次迭代,型面精度达到97.9％,结果表明该组合算法优化速度快、精度高.     

贮箱顶盖应力松弛时效成形过程建模仿真与试验

基于2219铝合金的应力松弛时效宏微观统一本构方程,对其进行用户子程序二次开发,并编译到非线性有限元分析软件MSC. Marc,建立了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形过程的仿真模型,分析了顶盖应力松弛时效成形过程的应力应变和力学性能演变规律;开展了基于回弹补偿分析的模具型面优化设计,确定了满足成形目标要求的模具型面,进行了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形试验,并与仿真结果进行对比分析。结果表明:顶盖应力松弛时效成形试验结果与有限元仿真结果吻合较好,两者成形型面半径相对偏差0.22%,屈服强度相对偏差为3.13%;顶盖成形试验后的型面与目标型面半径的相对偏差为0.52%,力学性能满足目标设计要求。综上所述,所建立的有限元模型能够准确预测顶盖的应力松弛时效成形过程形性演变规律,可以用来指导2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形制造。     

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.     

整体壁板时效成形的回弹预测及模面补偿技术

时效成形是一种用于制造飞机整体壁板零件的成形工艺。由于其具有回弹量大的特点,需要开发一种准确预测成形后回弹量的方法,并在此基础上对模具型面进行补偿,以消除回弹对成形精度的影响。本文将有限元法应用于网格式高筋壁板时效成形及回弹的分析,并通过实验验证了有限元预测回弹量的准确性。提出了一种基于有限元回弹预测的适用于铝合金时效成形的模具型面补偿算法,并应用该算法进行了复杂高筋整体壁板局部件时效成形的修模计算分析。通过9次迭代计算,零件成形误差减小到0.4 mm以内,证明了该算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

高强铝合金热冲压成形技术研究进展

为了解决高强铝合金板料冷成形时塑性差、容易出现破裂及回弹大、影响尺寸精度的问题,发展起来了一种高强铝合金固溶–热冲压–淬火–时效一体化新工艺。该工艺将热成形与热处理有机地结合在一起,将固溶后的热板料快速转移到模具中成形,并立即完成模内淬火,最后通过时效处理来提高其强度。首先总结了高强铝合金热冲压成形技术的最新研究进展,重点介绍了铝合金热冲压成形工艺试验方面的研究成果,详细说明了铝合金热成形时影响成形性能的因素和实现固溶时效强化的工艺方法,最后从摩擦机理和界面传热的角度总结了铝合金热冲压模具技术方面的研究进展。     

新淬火状态硬铝合金板的成形性能及数值模拟

研究了铝合金退火状态和新淬火状态下的成形性能,给出了主要成形性能指标与自然时效及预变形的关系,表明在新淬火状态一定时间内,铝合金仍然具有良好的成形性能,淬火前的变形和淬火后的时效过程将降低成形性能;通过退火状态和新淬火状态材料成形的数值模拟对比,表明新淬火状态材料成形具有以下特点:新淬火状态材料成形需要更大的力能参数,残余应力和回弹较大,成形后变薄较小,厚度分布较均匀,随着时效时间增加和淬火前变形的增加,成形力、厚度变薄和回弹增大.     

预处理对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响

为了研究不同预变形量对铝合金蠕变行为及力学性能的影响规律。以2219铝合金为研究对象,在温度为175℃,180 MPa应力条件下,研究0~8%的预变形量对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响。结果表明:预变形处理的引入,材料的蠕变变形量和力学性能大幅度增加。当预变形处理量为1%时,其蠕变变形量较未处理时试样蠕变变形量增加了118%。而随着预变形量的继续增加,试样的的力学性能呈现快速下降的变化趋势。综合考虑蠕变变形量与力学性能时,最利于构件的蠕变时效成形的2219铝合金的预变形处理量为3%。     

电磁脉冲成形技术新进展及其在飞机蒙皮件制造中的应用

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法。与传统工艺相比,电磁脉冲成形能提高难变形材料的成形极限、降低回弹,从而为铝合金的难加工问题提供了有效的解决途径。以筒形件拉深、大型椭球零件制造、V形零件弯曲回弹控制3个难点问题为例,介绍近年来电磁脉冲成形技术所出现的多向磁场力驱动材料按需流动、磁场力分区加载、高频振荡效应等。在此基础上,提出磁场力分区加载的飞机蒙皮件成形方法。试验和模拟研究发现,纯拉形后蒙皮件主要发生弹性变形,导致最终的回弹大;而电磁脉冲成形后,蒙皮件上的弹性变形转化为塑性变形,最终零件的回弹大幅度降低。     

基于中性层偏移的Z型材滚弯成形回弹预测

以提高大截面Z型材四轴滚弯成形精度为目的,通过综合考虑材料属性、几何特征和成形半径等因素对回弹的影响,建立了引入中性层偏移的大截面Z型材弯曲回弹解析模型,研究了7075-O和7475-O铝合金Z型材在不同滚弯成形半径下的回弹规律,并进行滚弯成形实验验证。结果表明,与忽略中性层偏移影响的型材回弹预测经验模型相比,基于中性层偏移的回弹预测模型能够准确预测大截面Z型材的回弹量,在相同的曲率半径下,预测回弹变形的最大相对误差从11.681%减小到3.347%。     

铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

 时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4 mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5 mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

7B04铝合金厚板蠕变时效成形有限元分析

蠕变时效成形是一种针对制造大型飞机整体壁板零件而开发的成形工艺.该工艺基于材料在适当温度下能同时进行人工时效和蠕变,从而引发应力松弛,使得成形后零件的力学性能好且生产成本低.根据试验数据确定了铝合金材料蠕变本构方程中的材料常数,并应用商业化有限元软件ABAQUS分析了7B04铝合金厚板的弯曲蠕变过程及回弹效应.     

基于滚弯预变形的新型Al-Li-Cu-Mg合金蠕变时效成形试验研究

开展新型A1-Li-Cu-Mg合金薄壁板蠕变时效成形试验研究.通过对固溶态和T8态板料的蠕变拉伸性能和单曲率弯曲回弹率进行对比,掌握了新型铝锂合金蠕变时效成形特征,发现新型铝锂合金蠕变时效成形能力较差,单纯靠蠕变时效成形,无法成形出最终零件型面.本文提出基于滚弯预变形的蠕变时效复合成形工艺方法,满足了目标零件型面要求,对新一代飞机机身结构件的制造提供理论及数据参考.     

形变热处理对147铝合金板材抗腐蚀性能的影响

本文介绍了用147铝合金板材试样,研究了形变热处理对合金抗腐蚀性能的影响。试验研究结果证明,形变热处理能明显地改善147铝合金的抗晶间腐蚀性能。板材试样经淬火后,即使冷加工变形量仅为1.5%左右,人工时效后,也能使板材的抗晶间腐蚀能力得到较大提高。用薄膜试样在高压透射电镜上进行观察分析结果证明,147铝合金板材试样淬火后的冷加工变形,强烈地改变了合金在随后人工时效过程中第二相的析出过程和特征,这是形变热处理能改善147铝合金抗晶间腐蚀性能的主要原因。     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.     

22MnB5超高强钢板热成形中的回弹机理分析

回弹是影响热冲压件形状精度的主要因素,为研究影响22MnB5超高强钢板热冲压成形中回弹的因素,在不同温度下对22MnB5高强钢板进行拉伸试验,考察了变形温度和应变速率对弹性应变和蠕变应变的影响,获得其热力学性能。通过等温度和非等试验考察了变形温度、热成形终了温度和压边对热成形后回弹的影响。采用有限元法对槽形件非等温热成形过程进行了数值模拟。从试验结果和模拟结果可知,热效应是引起回弹的主要因素,蠕变应变减少了热成形后的回弹量。蠕变应变和热效应是影响热成形中回弹的主要因素。     

新淬火铝合金板材成形回弹试验与数直模拟

研究了铝合金2024-T3板料在新淬火状态下的成形过程。首先测量了2024-T3板材在新淬火状态下的力学性能,与原始状态性能比较发现,屈服强度和抗拉强度降低,延伸率增大,韧性增加。基于数值模拟方法模拟了橡皮成形过程的回弹规律,对翼肋零件的翻边回弹进行了数值模拟,并通过试验进行了比较,发现采用数值模拟与试验结果吻合较好,模拟与试验间的偏差是由于板料发生加工硬化导致的。因而采用模拟可以得到的考虑回弹的模具形状,据此修正模具,使回弹后形状达到了设计的精度。模拟与试验的比较表明了该方法的可行性。     

整体壁板时效成形技术研究

针对壁板难于成形的问题,国际上发展了时效成形技术.本文介绍了时效成形的基本原理,通过对7B04铝合金壁板时效成形试验的研究,得到了时效成形率与温度、时间、应力的关系.     

Fe含量对2219铝合金锻件焊接组织与性能的影响

为研究杂质Fe元素对2219铝合金及其焊接接头的组织、性能以及电化学腐蚀性能等的影响,采用力学拉伸、焊接试验以及金相和扫描电镜等分析测试方法,对0.15%(w)至0.01%(w)等不同Fe元素含量的2219铝合金锻件进行实验研究和分析。研究表明:2219铝合金中经热变形加工存在网络状Al_2Cu变成颗粒状和纤维状的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相,随着Fe含量由0.15%(w)降低至0.01%(w),合金固溶时效后的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相显著减少,锻件强度和塑性显著提高;合金焊接接头断口由脆性断裂逐渐转变为韧窝尺寸细小的韧性断裂,尤其对于延伸率,提高至近1.4倍,强度和塑性显著提高;合金的自腐蚀电流逐渐减小,单位面积上的线性极化电阻增大,合金焊接接头的耐腐蚀性能显著提高。     

S截面框肋类钣金零件回弹量预测与补偿技术研究及应用

根据框肋类钣金零件高效、精确成形的要求,发展了一种S形截面类框肋零件回弹量计算与补偿方法,针对变曲率弯边,通过离散为弯边截面单元,计算每个截面线弯边单元的回弹量和补偿后重构弯边面,对带加强边的内缘弯边,提出考虑修正系数进行补偿的方法,基于现有的CAD平台开发了相应的软件工具;以实际零件为例说明了该方法的应用过程.成形工件测量结果表明,零件弯边角度偏差控制在±1 °之内,实现了在新淬火状态下一步精确成形.