常用航天铝合金热渐进成形极限的研究进展

铝合金因其轻质、高强、良好的加工性能以及优异的耐腐蚀性,在航天领域得到了广泛的应用。随着科技的进步和航天技术的发展,对铝合金材料的性能要求越来越高,促使铝合金材料不断向高性能、轻量化的方向发展。热渐进成形作为一种先进的板料成形技术,为航天用铝合金零件的制造提供了新的解决方案,并获得了当今学者的广泛关注。根据渐进成形加热方式不同,总结了近年来典型的加热方法为电加热、激光加热、电磁感应加热。在此基础上,综述了铝合金热渐进成形极限方面的研究,并总结了多种工艺参数对材料成形极限的影响规律。

镁合金板材热渐进成形的实验研究

利用数控实验机床(CNC),热拉伸实验机和金相显微镜,对AZ31B镁合金板材热渐进成形进行了工艺研究和理论分析。结果表明,镁合金板料在加热条件下可以实现单点渐进成形。极限角随板材厚度和成形温度的增加而增加;各向异性对250℃条件下板料渐进成形影响程度最小;板材的质量是镁合金渐进成形产生缺陷的主要因素之一。AZ31B板料热渐进成形工艺制度:厚度为0.3~1.5 mm,最佳成形温度区间为200~250℃,进给量△δ区间为0.1~0.6 mm,成形时间控制在25~30 m in,成形极限角为50°~65°。

镁合金板料数控热渐进成形时的摩擦和润滑性能

利用数控实验机床和摩擦实验研究AZ31镁合金板料数控热渐进成形时的摩擦和润滑机理。结果表明:镁合金薄板在加热条件下可以实现单点渐进成形;固体润滑膜可分为粘结型和吸附陶瓷型两种;固体石墨和MoS2润滑剂的初始摩擦因数均小于0.12,均可保证热渐进成形件获得良好的内外表面质量,没有任何划痕和裂纹等缺陷;吸附多孔陶瓷型固体润滑膜具有润滑和自润滑作用,固体润滑剂颗粒大小对初始摩擦因数有一定影响;固体BN粉末没有起到润滑作用,不能单独作为热渐进成形用固体润滑剂;当温度小于500℃时,固体石墨和MoS2粉末按一定比例配置的润滑复合喷剂的初始摩擦因数均小于为0.2,且表现出一定的协同作用。

板材数控热渐进成形工艺研究进展

对热渐进成形加热方法及成形工艺研究进行了总结。加热方法有热传导、电阻加热、辐射加热、摩擦加热、激光加热等,根据板料的温度分布可以将加热方法分为整体加热和局部加热。加热过程中,整体加热可以得到均匀的板料温度。局部加热非加热区域处于相对低温可保持较好刚性以提高整体零件精度。随温度的提高和层间距的减小,板料成形极限和零件几何精度提高;成形工具直径在不同加热方法中对成形极限影响程度不同;随着进给速度增加,成形极限先降低后升高;降低进给速度有利于提高几何精度;零件几何形状和成形方法对几何精度有很大影响。用于热渐进成形的润滑方式包括单一粉末润滑剂、混合润滑剂、板料表面处理＋润滑粉末等,其中板料表面处理＋润滑粉末可以起到持续润滑作用,效果良好。模拟仿真中的难点可以通过等效加热源的方法解决,使仿真与真实的热效果相同。

镁合金板热渐进成形方锥件侧壁鼓凸问题分析

为了解决镁合金板常温下难成形的问题,采用液体介质加热进行了AZ31B镁合金的单点渐进成形实验。并通过改变实验参数对方锥件出现的侧壁鼓凸现象进行了分析。结果表明:液体介质加热的方法可以实现镁合金板料的渐进成形,改变加工参数能够实现对侧壁鼓凸高度的控制。

镁合金板热渐进成形加热装置的研制

根据镁合金板料热渐进成形工艺要求,研制了一种自动跟踪燃气加热装置。该装置采用双"V"型密封回转机构,实现了回转机构的密封;利用动平衡跟踪装置,实现了动平衡自动跟踪成形轨迹移动。经验证,该装置结构合理,结构简单,成本低,加热均匀,有效满足热渐进成形要求,具有较好的使用推广价值。

基于有限元模拟以及理论计算的Zr基非晶合金热渐进成形工艺

为了对非晶合金热渐进成形过程中的工艺参数以及成形力进行研究,以Zr_(35)Ti_(30)Be_(27.5)Cu_(7.5)非晶合金板料为研究对象,在不同温度和应变速率条件下进行了拉伸实验并建立了本构方程,采用有限元软件ABAQUS,研究了温度、进给量和进给速率对非晶合金成形性能的影响,并对成形力进行了理论计算。结果表明:等效应力和成形力随着温度的升高而减小,随着进给量和进给速率的增大而增大;最小壁厚随着温度的升高而增大,随着进给量和进给速率的增大而减小。提取某一条件下的轴向力模拟数据,在同样条件下对成形力进行理论计算,通过对比发现,该成形力的理论计算模型具有极好的预测准确性,为渐进成形设备的设计和成形工艺及参数的选择提供了理论依据。

铝镁合金板热渐进成形工艺的研究

为了实现铝镁合金板料单点渐进成形,根据铝镁合金板料成形特性,提出一种热渐进成形工艺方案。借助金属板料数控柔性快速成形机进行渐进成形,利用电热板装置加热,采用石墨与Mo S2复合润滑剂进行润滑,对7075铝镁合金材料热渐进成形进行工艺研究与理论分析。结果表明：1.5 mm厚的7075铝镁合金板料加热温度控制在200~250℃范围,进给速度设置在1000~2000 mm·min-1范围,主轴转速设置在3000~4000 r·min-1范围;在陡峭区域采用大步长进给成形,在平坦区域采用小步长进给成形;在保证材料充分塑性成形条件下,尽量采用较大工具头半径,可以实现铝镁合金板料热渐进成形。

AZ31B镁合金板料摩擦热渐进成形中工艺参数对应力、应变、厚度的影响

为了探究工艺参数和应力、应变以及厚度之间的关系,利用摩擦热渐进成形技术加工AZ31B镁合金板料,并结合有限元技术分析工艺参数包括下降量(1.0、1.5和2.0 mm)和工具头直径(Φ8、Φ10和Φ16 mm)与Mises应力、等效塑性应变和厚度的关系。结果表明:最大Mises应力在前期加载过程中以一定比例递增、中后期成形过程在160~180 MPa之间波动,下降量和工具头直径对最大Mises应力不会产生显著影响,并且转角区域的Mises应力要大于侧壁区域;等效塑性应变随下降量的增加而增加,而随着工具头直径的增加,等效塑性应变呈现递减趋势,并且转角区域的等效塑性应变大于侧壁区域;下降量和厚度呈现负相关,而随着工具头直径的增加,厚度呈现先递增再递减的趋势,并且转角区域的厚度小于侧壁区域;沿着工具头运行方向,等效塑性应变呈现递增趋势、厚度呈现递减趋势。为此,针对原有的单向运行轨迹,提出双向运行轨迹,研究还发现,其使等效塑性应变和厚度分布的均匀性得到了提高。