辅助筋条厚度对2219陶铝材料数铣短壳壁板成形精度的影响

以运载火箭贮箱用2219陶铝材料数铣短壳壁板为研究对象,通过分析产品结构特点,利用四轴滚弯方式分区成形凸台区及网格区,合理控制上、下轴夹持间距及下压量,探究航向上、下端辅助筋条厚度设计对成形工艺参数及型面精度影响的机制,以实现2219陶铝材料的工程化应用。结果表明:同等模块曲率半径下,辅助筋条厚度影响材料的塑性流动及相对弯曲半径,受到弯曲三向应力,制约成形工艺参数及产品精度。辅助筋条厚度为6 mm时比厚度为5 mm时产生更大比例的塑性变形,更容易达到成形曲率要求,影响显著,但对弧度成形精度影响较小。当数铣短壳壁板航向上、下端设有3条辅助筋条时,控制辅助筋条厚度为5 mm,可控制弧度间隙在2 mm以内、焊接区直线度在1.5 mm以内、网格区直线度在2.5 mm以内。     

数铣网格壁板滚弯成形工艺研究

针对2219铝合金数铣网格壁板,采用直接滚弯成形和填料滚弯成形两种成形方法进行研究。结果表明,运载火箭贮箱壁板从壁厚、板宽、网格形式方面均存在很大差异;网格壁板的成形可以采用先数铣网格后直接滚弯成形的方案加工;填料滚弯工艺方法不适于成形外网格形式壁板零件,但可以成形内网格形式壁板;采用硬度更高的PE塑料板作为填充料明显优于橡胶填料;通过采用PE塑料板作为填料,滚弯后的内网格壁板母线直线度在1.1~1.4 mm范围内;通过采用多道次小进给量直接滚弯成形工艺,三角网格壁板和四边形网格壁板的型面间隙值均不超过1.5 mm。     

2219铝合金网格壁板增量成形有限元仿真

整体网格壁板广泛应用于航天器结构中,该文采用增量压弯成形法作为火箭贮箱2219T87铝合金网格壁板成形工艺。基于ABAQUS建立网格壁板增量压弯模型,并分析壁板网格参数、网格加强对成形结果的影响。结果表明,残余变形量与压弯量和筋高度均近似呈线性关系,纵向加强筋能有效提高成形精度。通过试验验证了仿真模型的准确性,为整体壁板成形工艺提供指导。     

LF6合金小锥度铝筒旋压成形实验研究

介绍了采用圆板坯旋压成形半锥角小于1°的LF6铝合金锥筒的成形试验。试验采用了平板毛坯、直筒与小锥度两套芯模、普旋加强旋的成形方案,在直筒芯模上把圆板坯加热普旋成圆筒,圆筒切底后在室温下对其强旋减薄,最后改用小锥度芯模加热普旋成小锥度筒。结果表明:确保旋前板坯的高质量,避免出现局部缺陷,控制好热旋时的加热温度是能够顺利成形的必要条件;LF6合金具有良好的旋压性能,选择合理的工艺参数,采用圆板坯可以旋压出半锥角小于1°的无缝筒。     

2219/5A06异种铝合金焊接接头组织与性能相关性

采用脉冲VP-TIG焊接方法，对5.5 mm厚2219-T87和5A06-H112铝合金进行了异种铝合金对接试验，分析了接头组织及力学性能. 结果表明，焊接接头显微组织存在明显差异，5A06侧热影响区为等轴晶，2219侧热影响区的板条状组织发生粗化，焊缝由等轴晶构成. 2219侧熔合线附近存在细小等轴晶带和气孔缺陷，小角度晶界比5A06侧熔合线附近更少，导致拉伸过程中易沿2219侧熔合线附近发生破坏. 拉伸过程中试样沿2219侧熔合线附近最大应变处断裂.接头抗拉强度分别达到2219、5A06母材的63.6%和75.3%，断后伸长率分别达到2219、5A06母材的30.5%和29.8%.     

大型复杂型面动车车头零件快速超塑成形工艺研究北大核心CSCD

以动车车头左前侧壁板为研究对象,对铝合金左前侧壁板的快速超塑成形工艺进行了研究。基于左前侧壁板零件的三维形状,设计了快速超塑成形凸模和凹模,采用凸模成形,以壁板内型面作为凸模主要型面。利用MSC.MARC软件对左前侧壁板的热冲压、反胀超塑成形和正胀超塑成形阶段进行有限元分析,选择合适的反胀时间以控制反胀厚度,正胀实现零件的最终成形,最薄部位位于零件加工余量处,最大减薄率为21%,局部有聚料现象。之后进行了左前侧壁板快速超塑成形实验,在上端和前端中部有褶皱现象,与有限元分析结果基本吻合,对成形过程进行工艺改进后,成功地制造了表面质量良好的左前侧壁板。最后,对成形后材料的力学性能、零件的厚度分布和形状精度进行了测量。     

网孔板渐进成形性能

采用单点连续渐进成形和点压渐进成形分别对网孔板进行定角度锥杯实验,实验结果显示单点连续渐进成形极限角为48°,大于点压渐进成形极限角为45°。采用这两种渐进成形方式,网孔板变形区域的圆孔均变成椭圆孔。通过测量这两种渐进成形42°定角度锥杯椭圆孔长轴尺寸,表明单点连续渐进成形网孔变形相对较小。采用动态有限元软件,模拟这两种渐进方式成形42°定角度锥杯过程,研究对比其应变、厚度及成形力的变化。模拟结果表明,点压渐进成形网孔板应变、厚度变化波动范围较小,成形力较单点连续渐进成形减小了44%,这两种渐进成形网孔板锥杯的椭圆孔短轴侧厚度较长轴侧厚度减小很多。     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊搅拌头结构参数优化

为探究搅拌头几何形貌对2219铝合金厚板搅拌摩擦焊核心区温度场的影响，基于ABAQUS/CEL建立了18 mm厚2219铝合金FSW三维过程仿真模型，应用有限元分析法对焊接过程进行仿真研究，得到了焊接核心区测温点实时温度循环曲线。利用自主研发的热电偶测温系统对焊接温度场相应测温点温度进行检测，经过对比可知,不同转速试验和仿真数据曲线变化趋势基本相同，验证了所建立的FSW过程仿真模型的有效性。探究了搅拌头结构参数对FSW过程核心温度场的影响规律，针对搅拌头的轴肩尺寸、搅拌针锥角、轴肩凹角、螺纹升角等结构尺寸设计了4因素3水平正交试验。结果表明，轴肩直径对核心区温差的影响最为显著，当搅拌头的轴肩尺寸为36 mm、搅拌针锥角为6°、轴肩凹角为2.5°、螺纹升角为11°时，搅拌头结构尺寸较为合理，核心区温差值较小。 创新点： 探究了搅拌头几何形貌对搅拌摩擦焊核心区温度场的影响,实现了搅拌头的结构参数优化。     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝顶锻式摩擦塞补焊接头性能分析

采用顶锻式摩擦塞补焊方法对10 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝用2219铝合金塞棒进行了补焊,研究得出塞棒锥角大于塞孔锥角的配合方式能有效避免缺陷的产生。对塞补焊接头的微观组织、常温和低温力学性能、显微硬度和断口形貌进行了分析。结果表明,塞补焊接头分为塞棒区、焊核区、热力影响区、热影响区和母材区5部分,焊核为细小的等轴再结晶组织,热力影响区晶粒发生粗化长大和弯曲变形,热影响区组织晶粒结构与母材相似。塞补焊接头的低温抗拉强度和断后伸长率基本达到搅拌摩擦焊接头的性能。塞补焊接头显微硬度分析表明,焊核区硬度最高,最低硬度值出现在热力影响区。     

基于U型钣件弯边精度的分步橡皮垫成形数值模拟与实验

针对传统橡皮成形中设备吨位大,零件贴模度差,成形精度低等问题,提出了带水平两侧缸的分步橡皮成形方法,实现了橡皮垫的分步局部加载。基于ABAQUS有限元分析软件,在相等垂直下压量下,对比分析了传统橡皮成形和分步橡皮成形方法下零件的成形性能,同时探究了水平侧缸进给量对板材贴模度的影响,并完成了不同厚度的2A12铝合金U型件弯边实验。数值模拟与实验结果表明:在相等垂直下压量的前提下,分步橡皮成形方法有效地改善了板材贴模度,提高了成形精度,且成形力大大降低;当相对弯边高度h/t 4时,板材不宜采用橡皮成形工艺进行弯边成形;在分步橡皮垫成形过程中,为防止板料发生翘曲,水平侧缸的进给量应大于4 mm。     

2A12铝合金大曲率半径钣金件热变形-淬火复合成形回弹规律

航空航天领域存在一批种类多、批量小的大曲率半径铝合金钣金件，其常温成形时回弹大、成形精度差。为此，提出通过热变形-淬火复合成形来实现大曲率半径钣金件的回弹控制。首先，以大曲率半径带状构件为研究对象，揭示热变形-淬火复合成形回弹规律，并结合仿真进行回弹机制分析；然后，采用仿真得到的最佳工艺参数，进行复杂口框件成形。结果表明：较高温度利于抑制回弹，当温度达到490℃时，试件完全贴模；而常温成形时，试件几乎恢复平板形状。高温下切向应力显著降低，弹性变形较小，且模内淬火大幅限制了热畸变，进一步抑制了回弹。抑制2A12铝合金大曲率半径钣金件热变形-淬火复合成形回弹的最优成形温度为490℃,在该温度下成功地成形了高精度口框件，证实了热变形-淬火复合成形可用于大曲率半径铝合金钣金件的精密成形。     

对接间隙对双轴肩搅拌摩擦焊接头成形与性能的影响

利用双轴肩搅拌摩擦焊能够成功实现铝合金中空及密闭结构的焊接,但在实际焊接过程中由于板材制造精度误差或装配间隙等问题会降低接头的成形和力学性能。针对该问题,文中研究了0～1.0 mm的对接间隙对4.0 mm厚6082-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明,随着对接间隙的增加,上下轴肩之间的金属难以完全填充焊缝,在“挤压-抽吸”作用下,下轴肩作用区容易产生孔洞缺陷,降低焊接接头的力学性能。当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为300 mm/min、对接间隙为0～0.3 mm时焊接接头成形和力学性能较好。     

铝合金整体壁板时效成形的补充成形

时效成形在整体壁板的制造中有重要应用。整体壁板的时效成形一般在热压罐中进行,通过对真空袋抽真空达到壁板贴模的目的。真空膜破袋是时效成形工艺的主要事故,分为成形加载过程中的破袋和时效过程中的破袋。该文提出了补充成形概念,即破袋后零件在同一模具下可再次时效成形,不影响零件成形精度。以2124T851铝合金为研究对象,借助商业软件ABAQUS模拟不破袋的时效成形和出现破袋后的补充成形,比较两种成形后零件尺寸偏差;对厚板试件进行补充成形试验验证,观察金相组织变化。通过对T型梁和带筋壁板仿真分析,零件成形最大偏差小于0.05mm,满足工程应用要求;试验表明,厚板试件的金相组织无明显变化,零件偏差在0.15mm以内,补充成形能有效弥补时效成形过程中出现的破袋缺陷。     

工业级5083铝合金市域车车门正反胀超塑性成形工艺

以工业级5083铝合金为研究对象,对市域车车门的铝合金外壁板的正反胀超塑性成形工艺进行了研究。对工业级5083铝合金在400～560℃,应变速率5×10~(-4)～5×10~(-3) s~(-1)下的单轴拉伸试验进行了研究,结果表明:工业级5083铝合金具有较好的高温伸长率,在480℃和10~(-3) s~(-1)条件下,最大伸长率为242%。基于高温拉伸得到的应力-应变曲线,构建了5083铝合金超塑性成形本构模型。设计了带嵌环的正反胀超塑成形凸模和凹模,通过嵌环与凸模或凹模的配合,可以实现一套模具完成左、右两侧车门的正反胀超塑成形。利用MSC.MARC软件对市域车左侧车门外壁板的正反胀超塑成形工艺进行有限元分析,选择合适的正反胀时间和压力,最薄部位位于窄侧把手与门框之间,最小厚度为2.56 mm。最后进行了左侧车门外壁板的正反胀超塑成形试验,成功地制造了表面质量良好、型面精度满足要求的左侧车门外壁板。外壁板最小厚度2.69 mm,最大减薄率为32.75%,出现在窄侧把手与门框相接位置,与模拟结果相一致。     

5A02铝合金薄壁管材热挤压缩径增厚成形试验研究及优化

为解决某型飞机拉杆缩径端部直接攻螺纹的问题,首次提出了5A02薄壁铝合金管端热挤压缩径增厚成形方法,设计并制造了成形模具。研究了增厚区直段尺寸、模具肩部长度与模具锥角对薄壁管热挤压缩径增厚行为的影响,并优化了成形工艺路径。试验结果表明:增厚区直段长度和外径过大易导致直段部分失稳起皱;模具肩部过长,材料易在支撑区产生堆积且易出现失稳屈曲,在满足管材可预热的条件下,模具肩部长度应越短越好;采用模具锥角为12°和16°的凹模单道次热挤压成形时,位于缩径区域的管材易出现起皱,且增厚区径向增厚不明显;采用先大锥角后小锥角两道次热挤压成形后,成形件缩径段径向尺寸由1. 00增至4. 06 mm,增厚率为306%,成形效果良好。     

数控渐进成形中挤压方向对钣金件厚度均匀化影响

针对数控渐进成形中钣金件厚度不均匀的问题,提出一种新的挤压方向与水平面成一定角度的倾斜挤压成形方式。该方法采用根据成形角优化的倾斜轨迹,并沿着垂直于该倾斜轨迹的方向挤压板材。而传统方法多采用挤压工具沿Z轴方向的竖直挤压成形方式。采用数值模拟和实际成形实验相结合,对比分析了倾斜挤压方式和竖直挤压方式对成形件厚度均匀化的影响。数值模拟结果表明:竖直挤压时板材件厚度差为0.4011 mm,倾斜挤压时板材件厚度差为0.3883 mm,即倾斜挤压时板材件厚度差较竖直挤压时小,说明倾斜挤压时板材件厚度更均匀一些。成形实验结果也表明:竖直挤压时板材件厚度标准差为0.099 mm,倾斜挤压时板材件厚度标准差为0.0933 mm,因此,倾斜挤压成形较竖直挤压成形能够使板材件厚度分布更均匀。     

7055高强铝合金筒形件多道次旋压成形精度与缺陷控制

7055铝合金兼具钢的高强度与钛合金的低密度，同时具有良好的耐腐蚀性，且成本远低于钛合金，可推广并应用至固体火箭发动机的制造领域。通过分析毛坯性能、材料可旋性和温度对7055高强铝合金材料的力学性能的影响，制定了合理的工艺试验方案，以研究该材料旋压成形精度以及缺陷控制方法。通过开展7055高强铝合金多道次旋压试验，得到了旋压温度对成形缺陷的影响规律，以及旋轮成形角、进给比对工件成形精度的影响规律。最终确定了成形精度最佳的温度区间为90～110℃,旋轮圆角半径为6 mm,进给比为0.40～0.45,实现了7055高强铝合金筒形件壁厚由8.0 mm至1.6 mm的多道次、大减薄量的旋压成形，为该材料应用于固体火箭发动机壳体的旋压成形奠定基础。     

三柱槽壳反挤压变形规律及提高反挤端面平齐度的凸模结构设计

某三球销式万向节三柱槽壳温反挤压成形后存在杯口端面不平齐的问题,通过对原工艺进行数值模拟分析,考虑其杯部非轴对称结构特点,重新设计了反挤压凸模,对凸模侧壁挤压工作带的高度与底面不同区域的锥角进行了差别设计:距离中心较近区域所对应的反挤压凸模设置较大的工作带和较小的锥角;距离中心较远的区域所对应的反挤压凸模设置较小的工作带和较大的锥角。有限元数值模拟结果表明,采用改进的凸模结构进行三柱槽壳反挤压成形,杯口端面平齐度得到了明显改善,其不平齐高度差值由原来的3.84 mm减少到2.17 mm。参照模拟结果进行生产试验,获得试样的杯口端面不平齐高度差值为2.32 mm,与模拟结果较接近,改进的反挤压凸模结构不仅减少了三柱槽壳挤压件的机加工余量,而且提高了材料利用率。     

小直径高厚径比螺旋缝焊管的制造难点与解决措施

分析Φ219 mm×8 mm(Q235B)小直径高厚径比螺旋缝焊管在生产过程中出现的成型、焊接难点——错边、成型缝"噘嘴"、裂纹和内焊工装安装空间小及焊缝外观形貌控制难等问题,并提出改进措施。分析认为:缩短机臂前端第一个小辊与递送边的距离至60~110 mm,增加1号与3号梁的中心距,合理设置2号梁压下量等,可减少错边;优选成型角在46°~60°,立辊辊面锥角在2°~3°,增加单个轴承辊单侧高度等,可减少成型缝"噘嘴";降低残余应力,减少钢管成型过程中的前进阻力及带钢边缘挤厚量等,可减少裂纹。     

CLAM钢U形弯曲回弹数值模拟优化与试验

CLAM钢聚变堆包层第一壁是典型中厚板U形件,尺寸较大,采用模具压弯成形后回弹较大,尺寸精度难以保证。采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对弯曲工艺参数和模具补偿值进行优化,确定合理的摩擦润滑条件、凹模圆角尺寸、凸凹模间隙和补偿圆弧半径,最终试验零件单侧回弹角控制在0.65°内,内开口尺寸误差在2.8mm内,得到合格U形件。可为CLAM钢塑性成形提供指导。