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。     

型材下陷成形回弹补偿算法

下陷成形是一种适用于飞机长桁零件制造的成形工艺,成形后零件发生回弹,并且腹板上方缘条回弹量较大。因此,要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,消除回弹对成形精度的影响。本文针对型材下陷成形提出了一种基于有限元计算的平整性修模与下陷深度修模结合的模具型面迭代修正算法,并应用该算法对角型材、角形带弯钩型材及Z字型材三种型材的下陷零件进行了修模计算分析。从对计算结果的分析中,证明了该回弹补偿方法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

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.     

准双曲面齿轮冷摆辗方案回弹误差补偿

提出一种冷摆辗方案,该方案简化了模具结构,采用局部线接触连续塑性成形.采用位移修正算法构建回弹误差补偿迭代系统,对冷摆辗模具进行修正来降低回弹误差.该系统的特点是首先用修正算法预估下一次冷摆辗假设无回弹时工件的几何形状,然后由冷摆辗模具设计原理推出所需要的新冷摆辗模具.基于弹塑性有限元法基本理论,借助有限元数值模拟技术进行实例验证,分析结果证明:该回弹误差补偿迭代系统只需3次迭代工件误差已经在允许的范围内,因此其可大大的缩短生产周期和成本.      

应力松弛成形模具型面构造技术

现代飞机的外形复杂,曲率半径变化不一,使得应力松弛成形模具型面构造复杂,而应力松弛引起的塑性变形现象的存在更是加大了模具型面构造技术的难度,为了使成形回弹后的整体壁板符合设计要求,需要对回弹进行有效的补偿,通常是将回弹量预先补偿到模具上,再次成形来判断模具型面的构造是否合理。本文介绍几种应力松弛成形模具型面构造方法,并分析各自的特点。     

单曲率蒙皮零件柔性多点模具拉形过程的数值模拟与优化

柔性多点模具是由一系列高度可调的小冲头根据需要组合形成离散模具型面的模具系统.本文通过有限元数值模拟方法,针对某典型单曲率零件分析了弹性垫层以及回弹对成形过程的影响,并通过调整和优化模具外形包络面,使数值模拟的零件外形与目标零件外形吻合较好,为实际零件的成形和柔性多点模具型面的确定提供了重要的依据.     

液压橡皮成形弯边零件有限元模拟及回弹补偿应用研究

液压橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的方法。回弹是液压橡皮成形中常见的缺陷。本文以典型飞机橡皮成形件为例,利用橡皮成形快速工艺分析系统和PAM-STAMP模拟零件的成形和回弹过程,并拟合补偿回弹角的模具型面,获得合格的零件。     

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.     

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.     

Advances and challenges on springback control for creep age forming of aluminum alloy

Creep age forming(CAF) is an advanced forming technology that combines creep deformation and age hardening processes. When compared with the conventional forming technologies including roll bending and shot-peen forming, CAF has many advantages of low residual stress,excellent dimensional stability, good service performance and short production cycle. It is an optimal technique for precise manufacturing for shape and properties of large-scale complicated thinwalled components of light-weight and...     

飞机蒙皮拉伸成形工艺参数优化

拉伸成形是飞机板金的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形常见的缺陷及影响因素,简述了最优化理论结合数值模拟优化工艺参数的必要性。以双曲度蒙皮为例,分析了产生回弹的机理和影响因素。采用正交试验设计建立响应曲面,序列二次规划和混合整数优化相结合的优化算法,以厚度减薄率为约束条件,对成形工艺参数预拉伸率进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果表明优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹减小了21.87%。     

基于响应曲面的时效成形材料参数修正

为了提高时效成形中回弹现象的有限元仿真精度,使用均匀试验设计结合响应曲面设计的方法,建立了仿真误差对于材料参数的响应函数,求解出材料参数的修正解。以此法得到的仿真结果与试验结果相吻合。     

钛合金板料热压弯过程数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对Ti-6Al-4V合金板料热压弯成形过程进行了模拟,分析了应力应变分布规律和工艺参数对成形过程的影响。研究表明,压弯过程的变形主要集中在大厚度区域中间位置;当板料表面与模具多点接触后,板料由自由弯曲变为校正弯曲,成形力急剧增大;保压600s时板料最大回弹量和上模成形力分别降低84%和94%。在相同工艺条件下的试验结果验证了有限元模拟的准确性。     

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%。     

2060铝锂合金冷模热成形界面换热系数确定的实验与算法

2060铝锂合金具有密度低、比强度高等优势,在航空航天零件制造领域已得到广泛应用。通过冷模热成形工艺可以提高2060铝锂合金成形性,减少开裂、拉毛、回弹等缺陷的发生,后续时效处理可以提高零件整体刚度。然而在实际成形过程中缺乏对温度场的准确预测,即缺乏2060铝锂合金在变压强下界面换热行为的准确描述,无法对成形效果进行评估。本文利用冷模热成形界面换热测试平台,对不同压强下2060铝锂合金与H13热作模具钢的换热行为进行测试研究,基于考虑模具钢变热物性参数的显式有限差分法反算模具表面温度,计算得到不同压强下的界面换热系数,并与Beck反传热算法进行对比,两者计算结果相近。实验结果显示2060铝锂合金IHTC随压强增大而增大,在20 MPa下IHTC=1.906 6 kW/（m²·K）。改进的有限差分法具有计算效率高、速度快、反映实际模具内部温度场、误差较低等优点,可拓展应用于其他薄板材料在冷模热成形条件下的界面换热系数求解。     

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。     

夹层板精密成形的数值模拟

为了实现基于“点阵钉模、真空负压、蜂窝夹层”的双曲度面板精密成形过程的有限元数值模拟,分析了成形 2个阶段的变形过程,建立了简化的力学模形,以一种广义协调薄板弯曲四边形位移单元为基础构造了具有公共横向位移自由度的几何非线性四边形四节点分别考虑和不考虑横向剪切的多层板单元,通过牛顿 -拉斐逊法结合载荷、位移约束量的增量法求解几何非线性方程,较好地再现了真实成形过程