加载路径对铝合金航空复杂薄壁构件主动式充液成形性能的影响

针对目前航空用铝合金复杂薄壁构件充液成形难度大的技术瓶颈,采用非线性有限元软件DYNAFORM对不同加载方式下的某铝合金大尺寸加强框零件的充液成形过程进行了数值仿真,其中液力加载路径包括线性加载、三角波脉动加载、梯形波脉动加载。采用单一变量控制法,重点分析了在脉动加载条件下振幅、频率以及波形等关键参数对零件成形性能的影响规律,并选取最优工艺参数进行了实验验证。结果表明,线性加载路径下零件开裂几率较大,成形困难,而脉动加载路径下零件成形性显著提高且易于贴模,采用梯形波脉动加载时,由于存在保压过程,成形后零件壁厚更加均匀,减薄率最小。此外,当振幅为4 MPa、频率为0.3 Hz时,壁厚及减薄率的控制效果最好。最终获得的实际零件的成形质量优异,满足工程生产要求。

飞机复杂曲面蒙皮零件充液拉深技术研究

目的研究充液拉深工艺参数对飞机复杂曲面蒙皮零件成形质量的影响规律。方法以飞机灯罩蒙皮零件为研究对象,结合材料力学特性分析了零件的工艺性。基于破裂和起皱失稳条件理论研究了零件的加载工艺窗口,利用有限元方法分析了零起皱和破裂等缺陷,通过优化工艺参数和拉延筋参数获得了合格的构件。结果基于仿真优化结果,进行了模具设计和工艺验证实验,分析了实际充液拉深过程中缺陷产生的原因,为落差较大蒙皮零件的精密制造提供参考。结论对于具有多特征的复杂零部件,过渡曲面易产生起皱缺陷,仅通过调整液室压力或毛料尺寸的方法无法在保证不发生拉裂和贴模问题的前提下消除起皱缺陷。通过设置拉延筋来增加材料流动阻力、控制材料流动,可以消除过渡区域的起皱缺陷。

CATIA二次开发回弹补偿模面的获取

橡皮囊液压成形工艺是航空钣金成形的主要方法之一,而回弹是影响产品制造精度的重要因素。目前基于有限元数值模拟的回弹补偿技术是解决回弹问题有效的方法,但耗时极长,不易于大范围推广。基于理论算法,在CATIA交互模式环境下二次开发出六个不同类别的回弹补偿模块,对零件数模进行回弹补偿并得到其模具工作型面及型模,实现在新淬火状态下真正意义上的橡皮囊"一步法"成形。验证试验证明了补偿系统及算法的可靠性与正确性。

飞机框肋类钣金零件智能制造技术开发与应用

针对飞机框肋类钣金零件的高效和高质量制造,提出了以知识库和制造模型定义为核心的智能制造技术开发思路,建立了模型驱动的智能化制造流程,根据应用目标设计了从分析、实施到应用的方案。该项技术已在航空工业洪都、沈飞和成飞开展了应用,首阶段验证结果表明零件外形、弯边角度、高度偏差均在精度要求范围之内,可进一步开展应用工作。

变曲率抛物线型零件充液拉深工艺优化

基于抛物线型零件充液拉深工艺,采用理论分析、有限元仿真及工艺试验优化了工艺参数,利用理论公式计算得到了关键参数的理论值,总结得到了该零件的理论成形工艺窗口,通过有限元进一步精确了工艺窗口的范围,得到了经仿真优化的液力加载曲线,结合工艺试验调整了局部参数,对试验中出现的成形缺陷进行了原因分析并给出了解决方案,经过验证得到了用于生产加工的实际液力加载轨迹,给出了抛物线型零件充液拉深一般的液力加载曲线特征,可作为同类型零件充液拉深成形工艺参考。

LY12铝合金板材本构模型的构建及验证应用

通过单向拉伸实验测定了LY12铝合金与轧制方向呈0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°方向的拉伸力学性能。基于拉伸实验所得数据,通过超静定方程组优化求解了Hill48与Barlat89各向异性屈服准则的未知参数,并对比了二者对材料屈服行为的预测精度。此外,使用修正的Voce硬化模型,准确地描述了LY12铝合金的宏观硬化行为。结合板材拉深实验,进行了有限元模拟,将实验结果与模拟结果的筒壁高度和壁厚分布进行对比分析,验证了所建模型的准确性。结果表明,Hill48屈服准则对LY12铝合金的各向异性行为预测更为准确,而修正的Voce硬化模型能够精确地描述LY12铝合金的硬化规律。

铝合金局部热处理技术及其在板材成形中的应用发展现状

铝合金因具有密度低、比强度高、耐蚀性好、回收再生性好等诸多优点,在航空航天、汽车等领域获得广泛的应用。然而铝合金的室温成形性较差,常依靠加热辅助其成形,不仅增加制造成本,降低生产效率,而且严重降低产品表面质量,从而限制其在复杂结构零部件以及高端制造领域中的应用。而局部热处理技术能够有效制备具有梯度性能分布的铝合金差性板,可以改善板材的变形行为和与模具之间的接触摩擦作用,实现调控成形过程中材料的流动时序,从而提高铝合金的室温成形能力。本文系统论述铝合金局部热处理技术的工艺原理及特点,对材料微观组织和力学性能的影响规律,快速加热的实现方式及优缺点,热处理路径的选取、加热温度和保温时间等关键技术,以及在实际板材成形中的应用。详细介绍局部热处理软化和硬化对铝合金板材强韧化的作用和调控机制,对比分析局部热处理提高铝合金板材成形能力的实际效果,从而加快推进该技术在我国高端铝制品加工行业中的实践和应用。

纤维增强金属层板零件充液成形过程及工艺分析

对某型号飞机外表面盒形件进行研究,应用有限元软件Abaqus/Explicit建立玻璃纤维增强铝合金层板充液成形的有限元模型,研究充液成形过程中液室压力以及压边力对成形结果的影响,并通过实验验证仿真结果的准确性;通过对成形后的零件进行真空固化处理,最终得到合格零件。研究结果表明:在该方盒形零件的充液成形过程中,当成形加载压边力为2.0 MN,液室压力为30 MPa时,可以成形出质量良好的零件;成形后真空固化处理工艺能有效校正零件翘曲等现象,提高零件强度和刚度。

难熔高熵合金在航空发动机上的应用

航空材料要求具有较高的强度、低的密度、优良的耐腐蚀及抗疲劳等性能,发动机材料更需要耐高温性能。含有高熔点难熔金属元素的高熵合金(high entropy alloys,HEAs)在高温环境下显示出了优异的材料性能。目前,共有120余种难熔高熵(refractory high entropy alloys,RHEAs)被合成,并对其物理和力学特性如密度、拉伸性能、压缩性能、弹性模量和抗氧化性等进行了实验测试。本文对RHEAs和传统典型航空材料的性能参数进行了总结,绘制了高温情况下的密度、屈服强度极限的对比图表,多数RHEAs显示出较高的力学强度和组织稳定性。

蒙皮拉形机快速换模系统力学安全性分析

拉伸成形是飞机钣金的基本成形方法。由于飞机蒙皮种类繁琐、生产批量小,在拉形的过程中需要频繁的更换模具,而现有国内蒙皮拉形机换模仍为传统换模方式,换模时间长,换模过程繁琐。针对这一情况,研发出了一套蒙皮拉形机快速换模系统,能从根本上提高蒙皮拉形机的换模效率,进而提高蒙皮拉形机的生产效率。采用有限元方法,对所提出的蒙皮拉形机快速换模系统进行力学安全性分析,研究了该系统内部重要零部件在极限工况下的应力分布,对整个换模系统的完善与再优化具有重要的意义。分析结果显示:该蒙皮拉形机快速换系统是结构安全的。

大曲率变截面复杂航空钣金构件成形技术研究

“彩虹”零件具有尺寸长、曲率大、变截面且夹角小,且一半整体下陷、结构扭曲等复杂特征。长期以来,这类复杂零件均采用“落压成形+手工校正”的成形方法,成形质量差,后期需要大量的手工校正工作,导致加工效率和合格率都极为低下。通过分解零件结构特征,分析现有技术与设备资源,提出了“型材+板材”的跨专业组合成形工艺方案,并探索型材拉弯成形技术在大曲率、变截面、小夹角航空钣金构件成形上的应用。通过工艺试验,对零件成形参数进行验证并不断优化,最终实现该零件的精确成形。

凸轮盖板零件主动式充液成形仿真、试验及微观组织研究

以飞机凸轮盖板零件为研究对象,根据零件的几何尺寸,利用商业Catia软件建立其三维模型,并结合网格剖分软件和Dynaform有限元软件,进行主动式充液成形仿真、试验及微观组织和力学性能研究。基于增量有限元法,根据不贴模和回弹的变形情况,对主动式充液成形中加载与卸载回弹过程的变形进行了工艺仿真分析,设计了主动式充液成形模具,研究了工艺参数对零件成形质量和回弹的影响规律。在最佳的工艺参数下,制备了凸轮盖板零件实物,研究了其周向和法向的硬度值、厚度值和微观组织,并得到了相关的变化规律,为主动式充液成形工艺设计与优化奠定理论基础。

面向航空铝合金薄壁深腔构件的冲击液压成形工艺优化

为实现冲击液压成形下LY12铝合金薄壁深腔构件的一道次成形,采用响应面法结合冲击液压成形实验进行成形中的工艺参数优化研究。以减薄率和贴模率为响应量,压边力和冲击压力为优化变量,建立响应量与优化变量间的响应模型。选择中心复合设计法进行实验设计,通过Design Expert 12软件设计实验方案,分别建立关于减薄率的一阶响应模型和关于贴模率的二阶响应模型。优化结果表明当压边力为1.443MPa、冲击压力为12.594MPa时可满足减薄率和贴模率优化条件。通过验证实验得到的筒形件其减薄率和贴模率与预测值相对误差不超过5%。研究结果表明建立的响应面模型准确性和预测性良好,采用优化后的工艺参数成形的筒形件满足减薄率和贴模率要求。

半固化GLARE层板橡皮垫成形工艺过程及其数值模拟研究

针对某型号航空结构零件,基于ABAQUS/Explicit有限元仿真平台,建立了半固化GLARE层板橡皮垫成形的有限元模型,研究了橡皮垫成形过程中不同材料的应力、应变分布以及变形规律,分析了利用该种成形工艺实现GLARE层板成形的可行性及具体工艺过程,最后通过实验验证了模型的可靠性。研究结果表明：半固化GLARE层板适用于橡皮垫成形工艺,能够得到质量较好的零件。通过对半固化成形后的零件进行真空固化处理,能够有效避免零件的翘曲变形等不利因素,最终制造出满足生产要求的合格零件。

变截面薄壁复杂铝合金管件充液成形压力参数对零件成形的影响

变截面薄壁复杂铝合金管件是飞机管路中的重要组成部分。通过有限元分析软件建立零件充液成形的有限元模型,采用单因素分析法,在给定轴向进给量、摩擦系数、终成形压力相同的条件下,成形相同的铝合金零件,并综合分析在预成形阶段加载不同的低压预成形压力以及在补料阶段加载不同的补料压力时,管坯与模具的相对位置及壁厚分布规律,来研究不同加载压力对最终零件成形效果的影响。在有限元模拟的基础上,对工艺试验中出现的零件起皱与破裂等失稳现象进行分析,并对不同阶段进行工艺优化,最终得到该零件的最优低压预成形压力为4 MPa、最优补料压力为14 MPa。根据优化参数最终制得合格零件,验证了优化参数的可行性。

复杂曲率蒙皮零件拉形工艺分析及优化

某飞机复杂蒙皮零件外形表面同时存在鼓包和凹陷等特征,对表面质量要求高,成形难度大。为了解决该类零件成形难题,针对该复杂蒙皮零件的成形工艺方案进行了较为详细的分析和探讨,通过结合该零件结构特征及成形难点,从零件成形方案、成形设备、成形工装、受力特点、成形参数等方面分别探讨了该蒙皮零件拉伸成形的工艺方案,分析了其中容易出现的工艺技术问题并给出了解决的方法,然后结合实际加工情况给出了优化的方案和改进措施。通过采用优化后的工艺方法,解决了该复杂蒙皮零件拉伸成形中的粗晶和起皱等问题,并在生产实践中得到了良好的应用。

橡皮囊一步法成形补偿系统开发及板料的试验验证

为了解决板料成形过程中的回弹问题,选择了CAA V5开发方法中的交互模式并利用CATIA的交互式开发方式开发出了回弹补偿模块,用以完成液压橡皮囊＂一步法＂成形型面补偿系统开发。提出了曲线法平面截取补偿算法,将待补偿的曲面离散成若干条截取线;针对弯曲圆角弧线和弯曲面交线在法平面内进行回弹补偿操作;利用CATIA的曲面造型功能将回弹补偿后的曲线形成补偿后成形型面。利用橡皮囊成形试验中镰刀型试验件的补偿模具的成形件的精度与检验模具对比,来证明该补偿模块的可靠性。通过回弹补偿系统对成形型面进行回弹补偿操作,可以将补偿后的成形型面用于补偿模具的设计中。结果表明,基于该补偿算法可以对原始模具做出合理补偿,为补偿模具的设计工作提供设计性建议。

支叉管零件充液成形工艺

针对某军机支叉管类零件的结构型面复杂、曲率变化大的特点,其传统的成形方式主要采用落压成形,在成形过程中易产生起皱、破裂和表面质量差等问题。因此,提出采用被动式充液成形来加工支叉管零件,并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立有限元分析模型,对其充液成形过程进行有限元仿真模拟,研究不同压边力对充液成形的影响,从模拟结果可以得出合理吨位的压边力为300 kN。最后,通过实验研究对模拟结果进行验证,试制出合格的零件,得到支叉管零件采用被动式充液成形的最优工艺参数为压边力为300 kN、液室压力为8 MPa、压边间隙为1.05 mm,零件成形后的最大减薄率可以控制在20%以内,为支叉管零件成形找到了合适的工艺方法,利用数值仿真分析对成形复杂深腔、盒型类零件提供理论和数据支撑。

航空复杂钣金构件冲压成形的研究与应用

目前,航空复杂钣金构件多以落压成形或基于落压的复合成形工艺加工,零件质量不稳定,生产效率低下。为了改善此种情况,以某机型双曲度带加强槽的口框零件为研究对象,根据压边圈及冲压毛坯料形状的不同,制定了3种冲压成形方案。利用有限元模拟软件对每种方案进行了分析及参数优化,最终确定了型面压边圈带孔板料成形的加工方案。设计了相应的成形工装,并通过试验件加工与模具局部修整,使得成形零件表面质量和外形尺寸达到交付要求,最终实现了零件的批量生产和交付,为同类零件生产工艺的优化及传统工艺的转型提供了重要的参考。

飞机蒙皮拉形机模具快速更换系统设计

针对飞机蒙皮拉形生产中模具更换耗时久、自动化程度低以及拉形设备频繁停机等待等缺点,设计了一种基于“双工位”思想的模具快速更换系统。该模具快速更换系统将模具更换工作移至准备区内进行,在模具更换期间可以同步进行其他批次蒙皮零件的拉形工作。该系统具有结构简单、模具更换快捷、自动化程度高等优点,显著提高了蒙皮拉形生产的工作效率。针对移动工作台顶升过程中存在的偏载问题,设计了一种基于PWM控制的液压同步顶升系统。利用AMESim软件建立了液压同步顶升系统的仿真模型,仿真结果表明,该液压同步顶升系统的同步控制精度高于预期设计目标,满足了移动工作台顶升过程中的位移同步控制要求。