铝合金大型复杂薄壁壳体旋压研究进展

大型复杂薄壁壳体是航空航天等高技术产业迅速发展的迫切需求,带横向内筋大型复杂薄壁壳体是其中的典型代表。然而,带横向内筋大型复杂薄壁壳体多道次复合旋压却是一个多因素耦合作用下的复杂塑性成形过程。作者采用数值模拟和实验相结合的方法,以铝合金带横向内筋大型复杂薄壁壳体为代表,建立大型复杂薄壁壳体复合旋压全过程仿真平台与模型,研究不同条件下大型复杂薄壁壳体复合旋压及其特征结构旋压过程中的不均匀塑性变形行为和成形缺陷的形成机理。揭示不同塑性变形行为对工件内筋质量的影响规律,获得对不同塑性变形行为有决定性影响的因素,确定合理的毛坯、工艺和旋轮参数的选择准则。研究结果对发展大型复杂薄壁壳体精确成形技术具有重要的理论意义和实际应用价值。

铝合金大型复杂薄壁壳体多道次旋压缺陷形成机理

铝合金大型复杂薄壁壳体旋压是多道次、多参数耦合作用下的复杂非线性过程,该过程中易出现反挤、鼓包、破裂等缺陷。采用实验和有限元模拟相结合的方法,分析这些缺陷的形成机理。结果表明,过大减薄率引起的旋轮前方金属隆起是导致反挤、鼓包、环状剥离及周向开裂的主因,过高的芯模转速会导致周向开裂和鳞状剥离等缺陷。提出了相应的缺陷防止措施,即采用24%以内的减薄率可以避免旋轮前方金属的严重隆起;限制芯模转速过高,以避免周向开裂和鳞状剥离等缺陷的发生。采用这些措施旋制出了合格的铝合金大型复杂薄壁壳体。

大型复杂薄壁壳体第一道次旋压成形质量分析

为优化大型复杂薄壁壳体第一道次旋压的工艺参数,基于ABAQUS平台建立了大型锥形件实体单元仿真模型,二次开发实现了实体单元的壁厚和贴模度输出功能,分析了坯料直径及成形区与成形外端相互作用对大型锥形件强旋成形的影响.同时采用正交试验设计安排模拟方案,研究了工艺参数对大型锥形件强旋成形质量的影响规律,得出了较优的工艺参数组合.结果表明:旋压间隙是最重要的影响因素,零偏离附近的成形质量最好;稍大的旋轮圆角半径有利于降低大型锥形件强旋过程中出现局部失稳和拉裂的可能性;稍大的旋轮进给比有利于改善大型锥形件的壁厚均匀性和贴模性、减小壁厚偏差和出现局部失稳的可能性.

旋压间隙对大型复杂薄壁壳体多道次旋压中第二道次成形质量的影响

文章研究旋压间隙对大型复杂薄壁壳体多道次复合旋压的影响。通过采用导入第一道次旋压卸载回弹后工件形状尺寸与场变量信息的方法,建立了包含回弹和退火的第二道次旋压成形实体单元模型。研究了旋压间隙对大型复杂薄壁壳体第二道次成形质量的影响。结果表明:①随着旋压间隙的增加,成形高度先增加后减小,不同旋压间隙下大型双锥形件小锥角段均不同程度地存在局部壁厚减薄现象;随着旋压间隙的增加,周向压应力和切向拉应力减小,因此起皱和拉裂的可能性减小。②在大型复杂薄壁壳体多道次的旋压过程中,第一道次必须尽量减薄,形状尽量逼近后续道次成形形状。基于数值模拟结果确定的实验方案,获得了满足终旋要求的大型复杂薄壁壳体旋压预成形件。

复杂薄壁壳体淬火过程的数值模拟

采用ANSYS有限元软件对复杂薄壁壳体淬火过程温度场和应力场进行了数值计算,将通过有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值进行了对比。结果表明,复杂薄壁壳体在淬火过程中,沿工件厚度方向温度分布不均匀,吊具底板对温度场有明显影响;工件淬火后残余应力和应变主要分布在球冠形罩子附近以及两个球冠形罩子之间的过渡段;有限元法计算的工件外表面畸变量与实测值基本吻合,从而验证了有限元模型。研究结果有助于复杂薄壁壳体淬火工艺制订及淬火应力和畸变规律的认识。

ZM4镁合金复杂薄壁壳体铸件低压铸造工艺研究

以ZM4镁合金复杂薄壁壳体铸件为研究对象,分析了该壳体的结构和工艺特点,采用砂型低压铸造工艺,同时采用缝隙式浇注系统,铸件上部设置大冒口,底部放置冷铁,金属液通过缝隙浇口对铸件进行充型和补缩制定了工艺参数。结果表明,通过适当调整浇注温度、结壳增压压力和时间以及增加一个缝隙浇口和立筒等改进措施,可以改善铸件的内部质量,成功制造出了符合要求的ZM4镁合金复杂薄壁壳体铸件,并确定了有效的ZM4镁合金砂型低压铸造工艺。

薄壁零件制造新工艺的应用

本文介绍了石膏型真空压力熔模精密铸造的特点,以及利用石膏型真空压力熔模精密铸造工艺制造某研究室复杂、薄壁铝合金零件-屏蔽盒的全过程,针对性地分析了石膏型精密铸造技术推广应用的适用性。