弯扭复合变形整体壁板喷丸成形工艺研究

为了获得实用的机翼整体壁板喷丸成形工艺数据,建立了喷丸成形板件的弯曲半径、弦向型面波浪度和展向母线直线度与成形工艺参数之间的关系,分析了弹丸速度、喷丸条带间距、试件厚度、施加的预应力等主要工艺参数对具有弯扭复合变形的整体壁板零件喷丸成形的影响规律;针对喷丸成形的球面变形现象,介绍了几种克服这一问题的技术措施,如条带喷丸、预应力喷丸等.研究表明,改变喷丸条带的间距及毛坯板料的厚度对试件弦向型面波浪度及展向母线直线度的影响效果相反;提高弹丸速度将增加喷丸成形的曲率,但在较高转速下提高叶轮转速对增加试件的变形程度影响不大;预应力喷丸成形方式是增加壁板弦向弯曲曲率及改善展向母线直线度的有效措施.     

微小弧度壁板零件喷丸工艺研究

以微小弧度壁板零件为研究对象,提出喷丸强化和喷丸成形同时进行的方法,解决了先喷丸成形后喷丸强化导致零件产生变形、先喷丸强化后喷丸成形导致成形困难的问题。所采用的喷丸工艺方法,适用于有喷丸强化要求并需要成形出微小弧度的壁板零件。     

大尺寸弹丸喷丸成形7B50铝合金材料的变形规律

大尺寸弹丸喷丸成形是一种针对大型整体壁板塑性成形的有效手段.采用正交试验方法对7B50铝合金平板试件开展大尺寸弹丸喷丸成形工艺试验,研究不同工艺参数下喷丸后试件沿弦向和展向曲率半径的变化规律.结果表明:试件在喷丸成形后呈球面凸起变形,且沿弦向的曲率半径小于沿展向的曲率半径;各因素按对曲率半径的影响程度排序依次为喷丸气压...     

机翼整体壁板数字化制造技术

随着现代机翼整体壁板设计水平的不断提高,传统的制造模式已不能满足其制造要求。本文分析了现代机翼整体壁板制造过程,论述了现代机翼整体壁板数字化制造的优势及数字化设计、成形性评估、展开与板坯建模、喷丸路径规划与映射、辅助工艺设计等主要支撑技术,同时阐述了各支撑技术的具体关键技术。     

大型机翼整体壁板喷丸延展量数值模拟

分析了大型机翼整体壁板在喷丸成形及强化过程中产生延展变形的机理,并介绍了几种喷丸成形数值模拟的方法;对于弹丸不重叠排布的情况,采用长方形和三角形两种喷丸覆盖率计算模型,对于弹丸随机排布发生重叠的情况下,采用Avrami覆盖率计算模型,通过多弹丸撞击长方体胞元的有限元模拟方法,得到弹丸撞击后靶材的表层诱导应力场的分布规律;进而采用直接应力法建立了预测喷丸成形及强化延展变形的有限元模拟方法,通过试板喷丸成形参数和试板弯曲及延展的变形规律的试验,验证了其有效性,进而将其应用于C919机翼下前整体壁板板坯延展量的模拟,取得了与试验吻合较好的结果。     

喷丸处理对机翼加筋壁板压缩强度的影响

现代大型飞机机翼壁板广泛采用喷丸成形和强化工艺,但喷丸处理对加筋壁板静强度性能的影响研究较少,目前工程上还难以定量评估。通过对壁板失效模式的分析,梳理了喷丸处理影响机翼壁板压缩强度的主要因素,即剖面压损强度以及压缩模量,规划了典型机翼上壁板喷丸试件和未喷丸试件的压损对比试验,研究了喷丸处理对压损强度和局部屈曲载荷的影响。试验结果表明:喷丸后壁板的压损强度和局部屈曲载荷均有所降低。根据试验结果提出了采用基于喷丸处理前后压损应力下降幅度确定的喷丸影响系数κ1,以及压缩模量下降幅度确定的喷丸影响系数κ2修正JOHNSON-EULER方程的方法。该方法客观准确地将喷丸处理影响计入到加筋壁板的压缩强度设计中,实现了对喷丸处理影响的定量评估,工程应用简便易行。     

7475铝合金壁板蠕变成形筋条失稳及数值模拟

对于筋条整体壁板的蠕变成形,防止筋条塌陷是该技术成形的关键。采用某单曲率整体加筋壁板进行了热压罐成形试验,应用有限元软件ABAQUS/Standard,模拟了蠕变成形的全过程,通过对比二者的模拟结果验证了有限元模型的正确性。分析了成形过程中筋条的应力应变分布,给出了筋条的临界失稳应力公式,针对成形缺陷提出了夹具成形的优化工艺。实验结果表明,该优化工艺可以使筋条临界失稳压力提高4倍,最大侧向位移由1.4mm减少到0.2mm,使高筋条壁板成形的皱曲缺陷得到明显控制。     

铝合金弹性预应力超声喷丸成形试验

超声喷丸作为一种新型的板料成形技术,具有易操作,能耗少及优良成形性能等优点,广泛应用于板料成形中。但自由状态下,超声喷丸成形也易发生球面变形,因而提出了弹性预应力超声喷丸成形方法,以2024-T351铝合金壁板为研究对象,分析预弯力矩大小、成形轨迹和壁板厚度对成形曲率半径及成形性能的影响。试验中通过控制壁板展向的弯曲曲率来实现弹性预弯。结果表明:预应力超声喷丸能够大幅度减小壁板展向的成形曲率半径,同时增大弦向成形曲率半径,且随着预弯曲率半径的减小,这种减小和增大的效应随之逐渐增大。此外,与自由状态相比,预应力超声喷丸能够产生幅度和深度更大的残余压应力场,且表面粗糙度并未随着预弯曲率的增大而增加。分析认为,弹性预应力超声波喷丸能够进一步提高受喷材料的成形曲率并在一定程度上减小球面变形趋势,对大变形大厚度的单曲率零件成形具有重要的意义。     

铝合金整体壁板橡胶填料辅助滚弯成形试验研究

铝合金整体壁板具有重量轻、结构强度高、刚性好等优点而被广泛应用于航空航天工业.提出了一种新的整体壁板成形工艺--填料辅助整体壁板滚弯成形.进行了整体壁板橡胶填料滚弯成形试验,分析了成形之后壁板的弯曲半径与压下量的关系,壁板的表面质量与直线度.试验结果表明,橡胶填料改善了壁板的受力状况,起到了保护筋条的作用,解决了筋条失稳的问题,提高了壁板的滚弯成形性能.成形之后的壁板表面质量良好,直线度满足要求,表明这种工艺进行整体壁板成形是可行的.     

超声波喷丸技术在大型零件变形校正中的应用

超声波喷丸技术是一项喷丸新技术,因操作简便、易控制、成形后的材料综合性能好且无污染,在大型航空企业得到广泛应用。本文结合超声波喷丸设备,介绍了超声波喷丸成形原理、特点及参数。通过喷丸试验,分析了喷丸时间和振幅两个参数对成形质量的影响。以某蒙皮壁板和框类零件为例,运用Wheelabrator便携式超声波喷丸设备对该零件的校形进行了验证。实践证明,超声波喷丸技术对蒙皮壁板和框类零件的校形效果较好。     

基于静力等效的喷丸工艺数值模拟

根据喷丸过程的特点,用静力等效的方法对喷丸强化工艺进行数值模拟,避免了动态显式算法中计算结果的不稳定。分析弹丸与工件之间的平均接触应力的变化规律,对喷丸过程中的不同阶段进行划分,推导了等效载荷的表达式。考虑到弹坑分布对于残余应力的影响,开发了弹坑阵列模型,结果表明,弹坑阵列模型预测的残余应力分布与实际情况相符。     

基于CFD-DEM仿真的喷丸工艺参数优选

目的综合考虑喷丸过程的能量效率,以最少喷打时间和最小比能为目标进行喷丸工艺参数优选。方法通过分析弹丸群以单对称单元模型喷打的弹痕排布方式,以及满足一定覆盖率时平均每个弹丸形成的弹坑面积,得到随机喷打时的材料去除体积,进而得到能量利用效率。以喷丸入口压强、弹丸直径和弹丸流量三个工艺参数为变量,以一定覆盖率下的最小喷丸时间和最大能量利用率为目标,建立喷丸工艺参数优化模型。通过建立CFD-DEM气固两相耦合的喷丸仿真模型,进行仿真实验,得到出口弹丸速度与工艺参数的关系,进而得到每组实验的喷丸时间和能量利用率。结果通过16组仿真实验,得到第4组工艺参数为最优喷丸工艺参数组合,即入口压强为0.5 MPa,弹丸直径为1.0 mm,弹丸流量为0.6 kg/s。结论CFD-DEM仿真模型能够得到出口弹丸速度与其他工艺参数的关系,喷丸工艺参数优化模型能够兼顾效率和能量利用率,并筛选出最优工艺参数组合,为喷丸工艺参数决策提供指导。     

Numerical modeling of a wing skin peen forming process

For many years shot peering has been used to provide fatigue resistance and form to airplane wing skins at the Boeing Commercial Airplane Company. In this process, the peening intensities used to form a new wing skin have been obtained through the use of approximate geometric relationships, along with a considerable amount of trial and error testing. This paper describes a numerical model that has been applied to replicate the shot peening process used at Boeing. The model is used to predict peening intensities and the initial size of the skin (flat pattern) given an arbitrary aerodynamic contour requirement. Discussion focuses on the finite element method and special optimization techniques used in the approach.     

喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。     

渗碳齿轮齿根喷丸强化研究现状与展望

弯曲疲劳是齿轮传动中的主要失效形式,严重影响了齿轮使用性能.喷丸强化工艺是齿轮常用的表面强化方法,对提升齿根抗弯曲疲劳性能效果显著.介绍了两种典型的喷丸强化方法(气动式喷丸和离心式喷丸),分别从应用范围、加工效率、喷射原理、表面完整性等方面对其进行了比较.为揭示喷丸强化机制,概述了喷丸工艺数值模拟与工艺参数优化方法,分析了喷丸对齿根表面完整性影响机制,并阐述了表面完整性参量之间的相互作用关系.同时,阐明了齿轮喷丸后的疲劳断裂机理,包括裂纹萌生与扩展机制.在此基础上,重点论述了受喷齿轮弯曲疲劳性能的影响因素,并提出了改善齿轮疲劳强度的措施.此外,简要探讨了齿轮喷丸后,疲劳强度提升幅度问题,并归纳了受喷齿轮弯曲疲劳建模方法.最后,对齿轮齿根喷丸强化工艺进行总结,并对其发展趋势进行了展望.     

Experimental study of shot peening and stress peen forming

Shot peening is a cold working process widely used to improve fatigue life of aerospace and automobile components. Stress peen forming is widely used in the aeronautic industry to produce thin components with complex shapes, involving double curvatures, such as wing skins. In this paper, quantitative relationships between the saturation, surface coverage and roughness with respect to peening time have been established based on aluminum Al2024 test strips. The influences of peening velocity and peening time on the resulting residual stress profiles have been experimentally presented. The quantitative relationships between the prebending moment and the resulting arc heights of narrow strips and square strips have been experimentally investigated. Experimental results show that with the increases of the prebending moment, the resulting arc height following the prebending direction increases and the tendency is almost linear. Quantitative equations of the saturation, coverage and roughness as well as the relationship between the prebending moment and resulting arc height can be used for the optimization of shot peening and stress peen forming process.     

喷丸成形技术在民航领域的应用

本文概述了民用航空领域的喷丸成形技术的工作原理、所使用的喷丸设备、常用的喷丸成形方式;阐述了喷丸强化技术的强化机理及应用;介绍了喷丸技术在除漆、清理及跑道维护等方面的应用情况;并根据喷丸技术的最新研究动态,简要叙述了喷丸技术用于实现材料表面纳米化的进展.     

6016铝合金的电磁驱动机械锤击平整加工

目的探究机械锤击平整加工对提高铝合金表面完整性和硬度的作用效果,研究锤击参数对平整表面质量的影响规律。方法采用电磁驱动机械锤击技术对6016铝合金进行平整加工,研究基于光栅路径的电磁驱动机械锤击加工机理,并提出主要锤击参数,进而分析主要锤击参数对平整表面质量的影响规律。利用泰勒霍普生轮廓仪、光学显微镜和维氏硬度仪分别获得机械锤击后铝合金的表面粗糙度、表面形貌以及硬度。结果电磁驱动机械锤击后,铝合金表面粗糙度达到0.05μm,获得了类似镜面的锤击表面。相对于铣削后的表面,机械锤击可消除铣削痕迹,没有明显的表面缺陷和划痕,具有良好的表面平顺能力,同时硬度可提升大约25%~32%。小节距和进给速度、高锤击频率有助于减小表面粗糙度和提高硬度。此外,节距是最重要的锤击参数,极大地影响表面粗糙度和加工效率。结论电磁驱动机械锤击对6016铝合金具有很好的表面强化和平整能力,可大幅减小表面粗糙度,并适当提高表面硬度,是一种新颖、有效、绿色的平整方式。     

风电法兰摩擦因数预测与表面工艺优化∗

风力发电机法兰承受较大切向载荷,法兰结合面的静摩擦因数直接影响法兰连接性能,目前法兰静摩擦因数预测理论和表面工艺优化的研究较少。 为建立风电法兰结合面静摩擦因数预测模型,探究表面工艺参数对法兰静摩擦因数的影响。 基于分形理论构建法兰结合面静摩擦因数的分形预测模型,并采用摩擦试验对预测模型的准确性进行验证。 设计正交试验来探究表面粗糙度、表面处理工艺、表面涂层多种表面工艺参数对静摩擦因数的影响,建立表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型,基于该数学模型得到产生最大静摩擦因数的工艺组合方案。 研究结果表明:静摩擦预测模型具有较高的准确性, 为法兰精确化设计提供了理论基础。 对正交试验结果进行极差和方差分析得出:表面粗糙度对静摩擦因数影响最小,表面处理工艺次之,表面涂层的影响最大,产生最大静摩擦因数的表面工艺为:表面粗糙度为 Ra 6. 3、表面喷丸处理、涂覆 Paint B 油漆,建立的表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型能够准确获得最优表面工艺参数,缩短了法兰表面工艺设计周期。     

Residual Stresses Distribution through Thick HVOF Sprayed Inconel 718 Coatings

Residual stress buildup in thick thermal spray coatings is a property of concern. The adhesion of these coatings to the substrate is influenced by residual stresses that are generated during the coating deposition process. In the HVOF spray process, significant peening stresses are generated during the impact of semimolten particles on the substrate. The combination of these peening stresses together with quenching and thermal mismatch stresses that arise after deposition can be of significant importance. Both numerical method, i.e., Finite Element Method (FEM), and experimental methods, i.e., the Modified Layer Removal Method (MLRM) and Neutron Diffraction, to calculate peening and quenching stresses have been utilized in this work. The investigation was performed on thick Inconel 718 coatings on Inconel 718 substrates. Combined, these numerical and experimental techniques yield a deeper understanding of residual stress formation in the HVOF process and thus a tool for process optimization. The relationship between the stress state and deposit/substrate thickness ratio is given particular interest.