A-100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的抗疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σh),σh值随开缝衬套挤压过盈量(Ice)增加而显著增大,当Ice为0.4mm时,σh值可达-500 MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σh降低,而当绞削量达到0.7mm时,σh仅剩余28%。保温10h后,各点σh值均明显降低,350℃下孔边缘σh仅存14%。

开缝衬套制备技术综述

综述国内外开缝衬套的应用情况及研究现状,介绍开缝衬套的主要特征及制备原理。通过对比国内外开缝衬套的优缺点,分析开缝衬套制备技术现存问题,对提高开缝衬套制备技术具有重要的指导意义。

TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真

开缝衬套冷挤压工艺在孔的周围产生残余压应力,广泛应用于航空结构件疲劳增寿。冷挤压后孔周围的残余应力分布对预测带孔试样的疲劳寿命至关重要。针对开缝衬套冷挤压工艺构造了二维有限元模型,研究了TC4钛合金孔冷挤压后的残余应力分布,并对比了不同相对挤压量下试样中间层上最大残余压应力值,得到了初孔半径为3.175mm的孔的最佳相对挤压量。

开缝衬套钉孔挤压强化技术研究

针对金属夹层结构的钉孔挤压强化技术进行了详细的分析和研究,对铝合金(7B04)金属夹层的不同挤压强化参数进行了试验分析,并给出了铝合金夹层结构适用于工程应用的挤压强化参数和与之相对应的疲劳增益值。

开缝衬套冷挤压孔工艺

对开缝衬套冷挤压孔和芯棒直接冷挤压孔的工艺方法进行了比较 ,并对开缝衬套冷挤压孔工艺参数、孔挤压后铰削量与疲劳寿命的关系以及孔挤压后残余压应力释放进行了研究。

小直径开缝衬套翻边工具设计及验证

针对现有轴承翻边工具对小直径开缝衬套翻边容易损坏的问题,设计了新的翻边工具,以提高翻边的质量和效率。并基于ADAMS软件对新翻边工具进行翻边过程动力学仿真,并对仿真结果进行分析,验证了新翻边工具翻边的可行性与过程的稳定性。

开缝衬套成形过程声发射在线监测系统设计

为提高开缝衬套的双轴柔性滚弯成形质量,设计了一套基于声发射信号和虚拟仪器的在线监测系统,该系统主要由数据采集软件、数据采集卡、声发射传感器以及信号调理电路构成,实现对双轴柔性滚弯成形过程的声发射信号进行采集、显示、分析和存储,为开缝衬套双轴柔性滚弯成形过程控制和质量预测提供数据支持。通过实验对比分析了开缝衬套的双轴柔性滚弯过程声发射信号的时域和频域特性。实验结果表明,该在线监测系统响应速度快,性能稳定,能够可靠地实现对开缝衬套双轴柔性滚弯成形过程声发射信号的在线监测。

小直径开缝衬套双轴柔性滚弯成形的三维有限元分析

基于双轴柔性滚弯技术原理,建立了采用0Cr15Ni7Mo2Al材料制备小直径开缝衬套过程的三维有限元模型,以指导实际小直径开缝衬套的制备。利用该模型分析了衬套应力应变分布、刚性轴受力变形情况、衬套成形曲率半径与刚性轴直径的关系及衬套成形曲率半径与带材尺寸的关系,并用滚弯试验验证了该模型的准确性。结果说明:带材滚弯变形随着进给量的增加而更均匀;刚性轴受力随其直径的减小而减小,刚性轴变形程度随其直径的减小而增大;衬套成形曲率半径随着刚性轴直径的增大而增大;衬套成形曲率半径随着带材宽度和厚度的增大而增大。

小直径开缝衬套翻边的有限元模拟

基于轴承工具的翻边技术原理,利用有限元分析软件ABAQUS对小直径开缝衬套翻边过程进行有限元模拟,获得了翻边处的等效应力分布云图、翻边横截面节点路径沿Z方向的塑性应变分布曲线,以及翻边时轴承工具所受接触力分布曲线;通过MATLAB编程进行翻边图像识别,获取了翻边半径值。根据仿真结果选择合适的翻边半径及翻边工具进行实验,验证了轴承工具翻边技术的可行性。

开缝衬套冷挤压孔疲劳寿命仿真模型建立及验证

利用有限元分析软件Abaqus和疲劳分析软件MSC.Fatigue联合仿真,建立冷挤压孔疲劳寿命仿真模型,研究冷挤压工艺对7050铝合金带孔试件疲劳寿命的强化效果。在有无衬套情况下,研究疲劳载荷及挤压量对冷挤压疲劳增寿效果的影响。仿真结果表明:带衬套挤压寿命强化效果好于无衬套挤压强化效果;在一定挤压范围内,挤压量越大,强化效果越好;经开缝衬套冷挤压后,7050带孔试件的疲劳寿命可提高2~8倍。将仿真结果与试验结果作比较,验证了该仿真模型的有效性。

聚氨酯轮硬度对小直径开缝衬套成形性能的影响

通过不同硬度聚氨酯材料单轴拉伸试验,建立了聚氨酯轮的Mooney-Rivlin超弹性材料本构模型;利用ABAQUS有限元软件对小直径开缝衬套双轴柔性滚弯制备过程进行有限元模拟,探究了聚氨酯轮硬度对开缝衬套成形直径的影响趋势;结合仿真参数进行了小直径开缝衬套双轴柔性滚弯工艺试验,并用MATLAB软件的直径拟合程序识别出仿真和试验中的带材成形直径。结果表明,相同挤压量下,随着聚氨酯轮硬度的增加,带材的成形直径减小,尤其在制备小直径开缝衬套时,使用高硬度的聚氨酯轮制备出的开缝衬套成形质量好,曲率一致,基本没有出现直边现象。

开缝衬套孔挤压残余应力场数值计算研究

本文基于有限元技术模拟了开缝衬套挤压和直接芯棒挤压两种孔挤压工艺,对比研究了两种不同工艺导致的孔壁材料轴向流动和孔壁残余应力场。结果表明:开缝衬套挤压可有效抑制材料向挤出端流动,这在飞机夹层孔结构挤压中可减小夹层间隙尺寸;衬套开缝对应孔壁区域残余应力有突变,但仍然是对抗疲劳有利的压应力,而非拉应力;开缝衬套挤压挤入端孔边是压应力,而直接芯棒挤压是拉应力;相同干涉量条件下两种工艺引入的残余压应力峰值近似,但开缝衬套挤压残余压应力场域较直接芯棒挤压增大了约1mm.

面向开缝衬套制备的刚性轴夹具设计

在双轴柔性滚弯技术原理的基础上,针对小直径开缝衬套的制备,对现有机床夹具进行改进设计,以简化制备的操作步骤,提高制备效率。提出总体改进方案,详细说明双轴承辅助支撑部位、转动臂、对准块的设计和弹簧的选用。基于Adams软件对改进夹具进行动力学仿真,通过刚性轴质心Y方向坐标变动曲线、刚性轴与转动臂接触段质心Y方向变动曲线,验证了夹具夹持的稳定性和取件操作的可行性。

光整滚光和开缝衬套挤压孔结构表面完整性及疲劳行为研究

目的澄清光整滚光和开缝衬套挤压孔结构疲劳行为和强化机制的区别。方法采用传统钻-铰、光整滚光、开缝衬套挤压等三种不同工艺,制备TA15钛合金含φ8.75中心圆孔疲劳试样,通过恒幅拉-拉对比疲劳试验和疲劳数据统计分析方法,评价不同工艺制备孔结构的抗疲劳性能。采用体式显微镜观察孔端和孔壁形貌,用触针式表面粗糙度轮廓仪测试孔壁表面粗糙度,用X射线衍射应力测定法测定孔端表面残余应力,用透射电子显微镜观察孔壁材料微观结构,用显微硬度计测定孔壁显微硬度点阵等技术和方法,分析了不同工艺制备孔结构表面完整性。通过扫描电子显微镜标定疲劳断口辉纹平均间距与裂纹长度,用数码长焦显微镜标定孔端表面裂纹长度与疲劳循环周次的关系,并定量分析了不同工艺制备的孔结构疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。结果光整滚光和挤压强化分别提高连接孔中值疲劳寿命63%和317%。光整滚光可降低孔壁表面粗糙度Ra至0.52μm,但改变孔壁附近残余应力状态能力有限,且会在孔端形成尖锐的材料凸瘤;挤压强化后,孔壁表面粗糙度Ra为0.73μm,在孔壁引入4mm深、峰值达-500MPa的残余压应力区,并大幅提高孔壁材料位错密度,且孔端无材料凸瘤产生。结论光整滚光提高孔结构疲劳寿命的主要机制是,通过降低孔壁表面粗糙度延长裂纹萌生寿命。挤压强化主要机制是,通过引入大深度、高幅值的残余压应力和改善材料微观结构延长裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。因此,挤压强化优于光整滚光技术。考虑到实际机械结构中多为叠层特征孔结构,挤压强化因为不会在孔端遗留材料凸瘤,更有利于保证夹层间隙安装要求。

开缝衬套挤压技术在飞机维修中的应用

在孔的强化技术中,开缝衬套冷挤压新工艺在不改变结构形式、材料和重量的情况下,对飞机结构重要和关键部位的孔,进行强化工艺处理,能产生有利的残余压缩应力,提高疲劳寿命,缩短维修周期。本文从损伤容限概念着手,对冷挤压技术开发的意义和背景进行了阐述;对开缝衬套冷挤压工艺的适用范围、工艺步骤、及其某些技术要求作了较详细介绍。

开缝衬套挤压工艺对TA15孔结构疲劳增益的影响

研究了相对挤压量、终铰参量、衬套开缝放置角度等工艺参数对开缝衬套挤压TA15钛合金连接孔疲劳增益的影响。结果表明,开缝衬套挤压技术可有效提高TA15孔结构疲劳强度,延长其疲劳寿命;相对挤压量越大,孔挤压疲劳增益越大,但是TA15钛合金对挤压量非常敏感,微小的相对挤压量波动会导致显著的疲劳增益波动;在完全去除开缝衬套在孔壁遗留的材料凸脊前提下,0.190mm和0.065mm2种单边终铰参量对TA15孔结构挤压疲劳增益有明显影响,0.190mm单边铰削量时挤压疲劳增益更大,而非终铰参量越小越好;在Fmax=400MPa,R=0.1疲劳载荷条件下,衬套开缝与试样最窄截面平行放置,仍能够获得明显的疲劳增益,但相对于与试样与最窄截面呈90°放置,疲劳增益会略有下降。建议在实际孔挤压操作中,衬套开缝尽量避开最窄截面放置。

钛-铝混合叠层结构应用开缝衬套冷挤压技术的工艺性研究

针对在钛合金-铝合金混合叠层上采用开缝衬套冷挤压强化技术的工艺可行性进行了系统研究。根据不同的冷挤压参数,分别对结构形式相同的3个试验件上的紧固件孔进行冷挤压,分析对比了冷挤压后的孔径数据,并检查了孔壁质量。结果表明,在钛-铝混合叠层上采用开缝衬套冷挤压强化技术是可行的,并提出了适合实际的工艺参数和操作方法。

开缝衬套孔挤压芯棒断裂工艺改进研究

开缝衬套冷挤压强化是抗疲劳增寿技术中行之有效的强化技术。某型号起落架的上扭力臂按设计要求需对∅14^(+0.023)_(-0.020) mm小孔进行开缝衬套冷挤压强化,工件孔的结构特征属e/D<1.75的小边距孔,Ⅲ类冷挤压。在实际生产中,按FTI公司规范进行开缝衬套冷挤压强化,多次发生挤压芯棒断裂现象。对上扭力臂工件∅14^(+0.023)_(-0.020) mm小孔的挤压量计算和断裂原因分析,造成芯棒断裂的原因是:上扭力臂工件的孔深且挤压量大,芯棒选用材质脆硬,易发生疲劳断裂。因此,提出了优选开缝衬套和挤压芯棒的工艺改进方法,并选用相同材料、同热处理状态、同挤压工况的试件,进行了小孔冷挤压强化工艺试验。经试验验证,该方法可以保证上扭力臂工件开缝衬套冷挤压强化工艺的顺利开展。

带开缝衬套的冷扩孔挤压工艺

开缝衬套冷扩孔挤压工艺能够改善机体结构中孔的抗疲劳性能,弥补钻孔工艺的缺陷,保证飞机的安全性。文章分别从带开缝衬套的冷扩孔工艺原理、工艺系统的基本硬件组成、主要工艺参数、操作过程等方面对带开缝衬套的冷扩孔工艺进行了阐述。

开缝衬套冷挤压在超高强度钢和高强铝合金叠层的应用

开缝衬套冷挤压是国际航空制造中常用的孔强化技术,能够有效提高飞机连接寿命。A100超高强度钢与7050-T7451高强铝合金具有抗应力腐蚀性能强的优势,这两种材料的叠层组合形式被应用于飞机的主承力结构上。通过叠层冷挤压试验,分析挤压工序、挤压量、初孔直径等因素对叠层孔残余应力分布的影响。