铝合金复杂曲面薄壁件液压成形技术

介绍了适合于制造铝合金复杂曲面薄壁件的液压成形技术,包括充液拉深、可控径向加压充液拉深和液体凸模拉深。由于充液拉深能提高成形极限,适合于制造铝合金复杂型面零件。可控径向加压充液拉深通过径向压力向内推料,进一步提高了成形极限,适合于成形大高径比筒形件。液体凸模拉深适合于获得深度较大、形状复杂、尤其底部具有小过渡圆角的复杂形状零件。     

飞机铝合金深锥型面零件多道次充液拉深技术

目的随着新一代飞机在隐身和战斗性能方面的提高,飞机钣金零件的复杂程度和制造精度要求也越来越高。对于深型腔复杂型面零件,充液拉深是一种有效的精密制造方法。方法针对难成形、复杂型面的某型飞机铝合金深锥零件,利用理论分析、有限元模拟和工艺试验相结合的方法,设计了多道次充液拉深技术方案,并建立有限元分析模型。基于等裕量函数法和零件锥面特征,分配并优化了不同道次的材料变形量。结果对多道次充液拉深成形过程中出现的起皱和破裂的失效形式进行了研究,分析了预成形高度,液室压力和压边力等关键工艺参数对零件成形质量的影响,获得了优化的预成形高度和液室压力加载轨迹。结论结果表明,提出的多道次充液成形技术能够实现复杂型面,大拉深比的铝合金零件的整体精确成形,采用优化的工艺参数能够成形出壁厚均匀,表面质量好,锥面精度高的零件。     

自黏附型酚醛树脂流变特性及其预浸料与Nomex蜂窝芯共固化黏接性能

采用流变仪研究了固化反应温度、时间以及增韧剂和增稠剂加入量对酚醛树脂流变特性的影响,并测试了玻璃纤维增强酚醛预浸料与Nomex蜂窝芯共固化成型后玻璃纤维/酚醛-Nomex蜂窝夹层结构复合材料的板-芯黏接性能。结果表明:改性后酚醛树脂在高温时的黏度提高较多,流动性得到了有效改善,所得预浸料与Nomex蜂窝芯的界面黏接明显增强,并且当增韧剂和增稠剂的加入量与纯酚醛树脂的质量比分别为5%和3%时,所制备出的夹层板的滚筒剥离强度达到15 N·mm/mm以上,改性后酚醛树脂及其预浸料具有了一定程度的自黏附特性。此外,在共固化工艺中采用合适的升温制度,可以进一步提高玻璃纤维/酚醛-Nomex蜂窝夹层结构复合材料的板-芯黏接强度。      

基于微塑性成形的微型零件批量制造技术

针对微塑性成形工艺的特点,选择压电陶瓷作微驱动器,研制出微塑性成形专用设备,实现了在较小位移内获得较大输出载荷.使用研制的设备开展微型零件成形工艺研究.对微型齿轮件的成形质量进行分析表明,微型齿轮齿面光滑,表面质量好;在横截面上流线与齿轮轮廓一致,利于提高成形件的综合机械性能.使用3003铝合金箔板研究了微型杯的拉深成形工艺,分析了工艺参数对微拉深成形的影响规律,成功的拉深出最小外径为1mm的微型杯件.以上结果表明,微塑性成形技术能够批量地成形出高质量的微型零件.     

碳纤维/环氧预浸料摩擦滑移特性测试及其变化规律

带曲率的复合材料层合结构在制备过程中,预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为,其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置,针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系,测试分析了不同工艺条件下,预浸料铺层与铺层之间,以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明,温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制,而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制;较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力,有利于预浸料铺层的滑移运动;预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关,其摩擦阻力受温度影响更明显,而受外压影响变化较小。     

小圆角复杂截面带轮冲锻成形工艺分析

目的探索拥有极小圆角的某复杂截面带轮的成形工艺。方法根据零件的结构特点,先后制定了三种成形方案,利用有限元技术对每一方案展开数值模拟分析,最后进行物理实验验证。结果一道次成形时零件中心侧壁易出现破裂缺陷;采用两道次成形时,整形道次零件上的极小内圆角处易出现削料现象。结论采用正反复合拉深→预成形→终整形的三道次成形方案,所得零件成形效果较好,没有出现金属折叠、削料现象。     

平底筒形件主动径向加压充液拉深的数值模拟

针对低塑性、大高径比航天铝合金板材零件成形需要,提出了带主动径向加压的充液拉深新技术.通过数值模拟方法,采用动力显式分析软件ETA/Dynaform5.5对5A06铝合金平底筒形零件主动径向加压充液拉深成形过程进行了研究.以零件成形最终壁厚分布为评定标准,分析了不同主动径向压力加载路径对成形质量的影响.通过数值模拟证明了在主动径向加压充液拉深过程中,法兰变形区存在一个应力分界线,随着主动径向液压力的增加,分界线的位置内移.研究表明,采用40 MPa的液室压力加载曲线,并配合45 MPa的主动径向压力加载路径,获得的铝合金平底筒形件的拉深比为3.1,零件质量好.     

2A12 铝合金平底筒形件充液拉深数值模拟研究

目的研究工艺参数对2A12铝合金平底筒形件充液拉深成形的影响规律。方法采用数值模拟方法,研究了液室压力加载路径、成形液室压力、压边力和压边间隙对板材充液拉深成形效果的影响。结果获得了充液拉深成形的失效形式,以及不同工艺参数下零件壁厚减薄率的变化规律。成形前期,液室压力不宜过大,最大液室压力在10~25 MPa之间,压边间隙在1.05~1.15mm之内,可有效避免零件过度减薄和法兰起皱。结论合理的液室压力加载路径和压边间隙,可以有效地控制零件法兰区起皱,防止凸模圆角处破裂。     

铝合金发动机罩内板充液成形工艺研究

目的研究铝合金发动机罩内板充液拉深-局部关键特征刚性整形复合成形工艺。方法在Dynaform中建立有限元模型,优化液室压力及加载路径等关键工艺参数,并进行试验验证。结果液室压力及加载路径对充液成形零件质量的影响较大,成形所需的最大液室压力为10 MPa,并且液室压力不宜加载过早,当凸模行程在30~40 mm之间时,进行合理的液室压力加载可较好地成形该铝合金内板件。结论对于文中研究的大型多特征铝合金发动机罩内板,采用充液拉深-局部关键特征刚性整形复合成形工艺更有利于其成形,可得到合格零件。     

连杆无飞边锻造工艺及模具系统研究

目的研究连杆无飞边锻造工艺,以及闭模锻造过程中中间工序件的设计和所需的模具系统。方法通过建立有限元模型,分析连杆的预锻和终锻过程中金属流动长度、成形载荷和模具寿命,为模具设计提供数据支持。结果数值模拟结果表明金属充模效果良好;连杆大端主要在预锻中成形,而连杆小端和杆部主要在终锻中成形;预锻和终锻的最大成形载荷分别为437 t和850 t;连杆大端的模腔圆角为模具失效危险区。结论通过辊锻制坯、预锻分配物料和终锻精密成形,实现了连杆的无飞边锻造。     

碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层合板深拉成型特性

碳纤维增强树脂复合材料（Carbon fiber reinforced plastic,CFRP）因其轻质高强的特点,越来越多地应用到汽车轻量化设计和制造中。为研究CFRP板件及CFRP-Al层合板深拉成型影响因素,加速CFRP零部件产业化进程,本文通过DSC测试分析了CFRP预浸料的固化放热过程,以此为依据,用热压罐制备了不同后固化温度下成型的CFRP板材及单向、编织两种预浸带铺层的CFRP-Al层合板,用Inspekt table 100材料试验机对上述两种板材分别做了深拉试验。考虑到提高制备效率,用打磨、打磨+涂覆硅烷偶联剂、阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂三种方式对铝合金板进行表面处理,不经热压罐固化成型,直接和正交对称铺层的单向预浸带一起在Inspekt table 100材料试验机的环境箱中混合温深拉,固化成形。并通过金相显微镜、SEM进行显微组织观察,验证后固化温度、深拉环境温度、预浸带的种类对CFRP板材及CFRP-Al层合板深拉成型性能的影响及铝合金板表面处理方式对CFRP叠层预浸带、铝合金板材混合温深拉成型性能的影响。结果表明,适当降低后固化温度、提高深拉环境温度有利于板材二次深拉成型。编织预浸带较单向预浸带能更好地承受压力,深拉成型质量更优。阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂的表面处理方式一方面能在铝合金板材表面形成致密、均匀的微孔,另一方面硅烷偶联剂能很好地促进铝合金板材和CFRP的界面结合,有利于深拉成型。      

超混杂纤维金属层板成形方法研究进展

纤维金属层板(Fiber Metal Laminate, FMLs)作为一类兼具金属和复合材料优势的超混杂材料,凭借其优异的性能在航空航天和汽车领域应用广泛,其中商业化最成功的是玻璃纤维增强铝合金层板。首先按照组成金属与增强纤维的种类将纤维金属层板的分类进行介绍,并对其历史背景与研究进展进行了回顾。由于各成形方法涉及的变形机理不同,结合成形过程中几何尺寸和工艺参数对FMLs成形性能的影响,对其回弹、起皱、分层和开裂等成形缺陷和成形难点进行了分析。综述了现阶段国内外自成形、冲压成形、喷丸成形、充液成形和激光成形等技术的发展与应用现状,并对每种技术的优缺点及适用零件的类型进行探究。深入讨论了现有成形技术所遇到的挑战,其中重点对充液成形与冲压成形进行介绍。此外,简要介绍了FMLs在成形过程中的变形机理、变形模式和成形质量。在对各方面因素进行全面分析的基础上,讨论了FMLs成形技术未来的发展方向与挑战,此工作对科研人员未来开发新的成形方法具有一定意义。     

2A16 铝合金锥形件多级充液热成形仿真及优化分析

目的解决2A16铝合金锥形件常温充液成形困难、表面质量差的问题。方法介绍了充液热成形工艺,并提出了3种锥形件成形方案,通过专用有限元软件Dynaform对所有方案进行了数值仿真;同时,对一步成形方案进行了试验。结果通过试验验证了有限元模型的正确性。由仿真分析可知,成形缺陷包括悬空区起皱和凹模圆角及底部破裂,一步成形方案不可取,两步成形方案均可以将减薄率控制在13%以下。起皱危险主要发生在零件法兰以下30~55 mm处。结论充液热成形与常温充液成形相比,可以显著提高材料的成形性;两步充液热成形方案可以获得2A16铝合金锥形件;预成形凸模的形状设计对零件的表面质量影响明显;最终确定用先热冲压筒形件,后充液热成形的工艺方案,来成形2A16铝合金锥形件。     

Innovative approach to mass production of fiber metal laminate sheets

Although, lightweight composite structures like sandwich panels and fiber metal laminates (FMLs) are greatly used as a superior material to produce modern structures to provide a substitutive item for monolithic metallic parts, but still there are some challenges in their forming process. There are some inherent limitations for forming FML parts. Also, because the strain of the fibers is limited, conventional approaches are not appropriate for forming complex-shaped laminate parts. Understanding the material behavior during the forming process is critical to find a new technique for relatively intricate and smaller FML parts. To understand the material behavior to present a new forming method, the finite element software and experiments are utilized and the thinning of layer thickness, stress distributions in different layers, and the fiber orientation are studied. Blanks made of intermittent glass fabric/fibers and Al 2024-O alloy sheets. The behavior of the material was appraised utilizing ABAQUS according to Hill yield criteria and then evaluated with the empirical outcomes. Results exhibited that FML parts manufactured by utilizing multilayer hydroforming can enhance the FML applications.     

嵌入式低温共固化高阻尼纤维/树脂基复合材料

通过正交试验新研制出一种可以与玻璃纤维/BA9913环氧树脂预浸料低温共固化的高阻尼黏弹性材料,提出使用四氢呋喃（THF）作为溶剂,将该高阻尼材料制成黏弹性材料溶液。采用双面刷涂工艺,将玻璃纤维/BA9913环氧树脂复合材料制成带阻尼薄膜的预浸料,按照设计的铺层根据热压罐固化工艺制成嵌入式低温共固化高阻尼复合材料试件。模态试验和层间剪切试验验证了本文所提出制作工艺和黏弹性材料组分的有效性,试件一阶模态损耗因子可达7.2%。为嵌入式低温共固化高阻尼复合材料的广泛使用奠定了基础。      

小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究

目的 针对一种小曲率铝合金框形件成形后回弹大和起皱问题,对其进行弯胀复合成形工艺的数值模拟研究。方法 基于DYNAFORM软件对成形过程进行仿真,并通过对比分析零件的最大减薄率及圆角处的贴膜度,得出该零件最大液室压力的最优值为20 MPa,并基于该参数进行壁厚分布及回弹的模拟分析,最后,通过现场试验对该成形方案进行验证。结果 通过采用弯胀复合成形工艺方法,该零件的最大回弹量控制在2 mm以内,零件整体成形质量较好,无破裂、起皱现象。结论 该种成形方法较刚性模压弯及主动式充液胀形更具优势,能够有效解决小曲率框形件回弹大及起皱问题。     

薄壁深腔件部分阴模充液成形技术研究

充液成形技术能有效解决复杂零件的成形问题.针对某飞机薄壁深腔蒙皮常规拉深成形需要多道次成形、成形质量差的问题,通过分析充液成形过程中易出现的失稳,设计了带部分阴模的一模两件充液成形的技术方案.结合数值模拟,对薄壁深腔件充液成形过程中出现的悬空区失稳形式进行了研究,优化了液室压力加载曲线、压边间隙、初始反胀压力等工艺参数.结果表明,薄壁深腔件在带部分阴模的一模两件的工艺方案下,能有效避免悬空区的起皱,同时改善了一模一件补充段的破裂问题,提高了零件成形极限和壁厚分布的均匀性.     

PAN初生纤维拉伸性能试验研究

为了提高聚丙烯腈(PAN)初生纤维的可拉伸性能,将溶液纺丝得到的初生纤维进行不同时间的恒温干燥处理,研究其拉伸性能随干燥时间的变化规律。结果表明,干燥处理可以大幅度提升PAN初生纤维的力学性能,其拉伸强力可达10.3cN,断裂伸长可达263.5%;随着干燥时间的延长,纤维的可拉伸性能增强,经过10h干燥后的初生纤维具有最佳可牵伸性能;而拉伸速率的提高可以有效促进未干燥初生纤维的拉伸变形,而对干燥处理后纤维的拉伸性能的影响不大。用SEM观察纤维断裂形貌发现,PAN纤维的致密性随牵伸比的增加而提高。     

复杂钣金零件充液拉深工艺分析与试验研究

目的研究复杂钣金零件充液拉深的成形性能,以代替传统的落压成形工艺。方法采用有限元方法对成形过程进行模拟,分析各工艺参数对零件成形质量的影响,以及起皱、破裂等缺陷出现的原因和避免方法,并获得合理的工艺参数范围。以仿真结果为依据,设置工艺试验的初始参数,对该复杂钣金零件进行充液成形试验,以验证工艺可行性。结果有限元仿真对成形过程中的起皱和破裂缺陷预测准确,并给出了可行的工艺参数范围;通过成形试验,验证了工艺参数的合理性,获得了合格零件。结论充液拉深工艺可以明显改进零件的成形性能,反胀压力、最大液室压力等是充液拉深工艺的重要参数,直接影响着充液拉深过程的成败。     

大拉深比薄壁筒形件充液成形过程数值模拟

目的利用充液成形工艺成形普通拉深工艺难成形的大拉深比筒形件。方法通过理论公式计算了冷冲压工艺成形该制件的道次,利用有限元软件Dynaform对充液成形过程进行了3个步骤模拟,并研究了第1步拉深时初始反胀高度对成形制件减薄率的影响规律。结果利用理论公式计算,传统冲压方法成形拉深比为3.2的筒形件至少需要5个道次,而采用被动式充液成形方法只需要3个道次。每个道次的最大减薄率都在8%以内,最后得到拉深制件的最大减薄率为8.53%,在安全范围以内;第1步充液拉深时,反胀高度分别为1.75,2.75,3.75,4.75,5.75 mm时,得到制件的最大减薄率分别为5.28%,5.08%,4.8%,5.03%,5.03%。结论充液成形工艺较传统冲压工艺可以大大提高板料的成形极限,减少成形道次,成形制件质量好;合适的初始反胀高度,可以减小成形制件壁厚的最大减薄率。