基于有限元分析的走刀策略对铝合金薄壁筋铣削仿真工艺研究

铝合金薄壁筋具有弹载计算机结构件的典型特征,其结构简单但整体刚性差,在加工过程中极易产生加工变形,影响工件的加工精度。为合理选择走刀策略,使用ABAQUS软件对铝合金薄壁筋铣削过程进行有限元仿真建模,分析了不同走刀策略下铣削过程中的铣削力及工件铣削后的变形情况。同时设计对照试验组进行试切验证,通过三坐标测量仪分别测量了薄壁筋在不同走刀策略下的形变,验证了仿真分析结果的正确性。

空间薄壁筋条加筋板应力强度因子的解析—有限元混合法

在铆钉力法的基础上提出了薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时计算加筋板应力强度因子的解析－有限元混合法。对含裂纹和不含裂纹空间薄壁筋条，分别建立了棱线横向位移不连续平板模型和修正的二力杆模型。分析和计算发现，空间薄壁筋条和蒙皮均含裂纹时，加筋板应力强度因子的变化出现了一些新的规律。

刀具齿数对7050铝合金薄壁筋铣削残余应力的影响

在相同刃口参数和切削参数条件下,采用整体硬质合金螺旋立铣刀进行7050铝合金薄壁筋高速铣削试验,并通过X射线衍射法测量在不同刀具齿数和刃口跳动下的表面残余应力。结果表明:两齿刀具切削产生拉应力,三齿刀具切削产生压应力;刃口跳动量小的刀具所产生切削残余应力值波动小;提高切削线速度将增大应力值并使其向拉应力方向偏移。

筒形件中不同结构筋条整体成形方法综述

带筋薄壁筒形件是航空航天领域的重要承载构件,采用塑性整体制造能够高效地成形出金属流线完整的带筋薄壁筒形件,是实现空天装备轻量化、提升性能的重要手段。针对带筋薄壁筒形件加筋结构,从加工理论、材料成形规律和工艺参数优化3个方面综述了带单筋薄壁筒形件、带纵横交叉筋薄壁筒形件、带螺旋交叉筋薄壁筒形件的整体成形方法。此外,对比了不同结构筋条在各加工方法下的成形参数和成筋特点,归纳了各类整体成形方法的优点与局限性,总结了带筋薄壁筒形件整体成形方法的发展趋势,对成形更高、更饱满均匀的加强筋进行展望。

带筋薄壁筒体类构件流动旋压技术研究进展

带筋薄壁筒体是航天器主体结构件,其整体化制造结构是提升大型航天装备轻量化水平的有效途径。金属旋压技术作为一种近净局部成形方法,是制造高精度带筋薄壁筒体类构(零)件的一种先进技术。重点介绍了旋压成形技术应用于内齿轮零件、带纵向筋薄壁筒体和带交叉筋薄壁筒体的加工理论、技术和工装方面的研究成果,同时,为实现高筋薄壁筒体类构件整体化制造,也介绍了塑性成形-增材制造相结合的复合制造技术的研究现状,并对带筋薄壁筒体类构件整体化制造技术的未来发展方向进行了展望,旨在为我国大型航天复杂薄壁铝合金筒体类构件制造技术发展提供借鉴。

带筋薄壁构件成形制造技术的发展与展望

作为空天和武器等高端装备关键结构的带筋薄壁构件,其整体化成形制造是实现装备轻质化并提升其性能的有效途径。根据带筋薄壁构件的发展,对其进行分类,以壁板类与筒/环类构件为出发点,归纳了2类带筋构件成形制造工艺与研究进展。针对筋板类构件,概述了传统制造技术、整体加载近净塑性成形技术和局部加载近净塑性成形技术的发展历程,进一步从加工原理、技术和工装等方面对3类技术进行了综述,并对比了几种主要成形工艺的特点与构件性能的差异。对筋筒/环类构件,综述了挤压、旋压、包络成形等典型塑性成形制造工艺的最新进展,并对比了各类工艺的技术特色与拓展潜力。基于研究进展分析,总结了带筋薄壁构件成形制造技术的发展趋势与所面临的挑战。

薄壁带筋轮座注射成型表面气纹形成机理与缺陷消除

以某薄壁带筋轮座件为研究对象,针对零件表面气纹缺陷,基于Moldflow仿真对熔体流动规律和气纹的形成机理进行分析,利用金相显微镜对熔体结合位置冷却后的微观形貌进行观测,对结合位置的气泡与表面气纹的联系进行了分析,结果表明在熔体结合位置缺少相应排气时,熔体前端的空气难以排出,易产生气纹;基于表面气纹缺陷分析,结合模具和产品具体结构,提出增加排气镶件、修改进胶点和调整局部壁厚等解决方案。结果表明,采用修改进胶点至加强筋处同时增加加强筋壁厚的方案,可使熔体最终结合位置从按钮槽附近转移至分型面附近,型腔内气体可从分型面排气槽处排出,能有效避免熔体结合处的困气缺陷。最终通过试模验证,实现了零件表面气纹缺陷的消除。

薄壁多筋铝合金腔体低压铸造工艺

根据铝合金薄壁多筋腔体的结构特性,设计了低压铸造工艺并进行了实际生产,发现铸件存在缩松。为了消除缩松缺陷,分别采用优化充型参数和利用铸件的筋条充当内浇道这两种工艺措施,并利用X射线实时成像设备对铸件缩松区域进行实时检测。结果表明:优化充型参数对解决铸件缩松的效果不太明显,增大内浇道的截面积对解决铸件缩松非常有效,铸件良品率也大大提高。

薄壁密筋结构收缩裂缝的防治

泵送混凝土施工板、墙等表面系数较大的钢筋混凝土结构,经济会出现一些早期收缩裂缝,主要表现在板结构的钢筋部位、板墙交接处、梁板交接处、结构变裁面等地方,这种裂缝一般为断续的斜向或竖向裂缝,严重的会形成贯通裂缝,影响结构的耐久性.

抗屈曲轻质带筋薄壁筒体结构智能优化设计

提出了一种面向带筋薄壁筒体结构的智能优化设计方法,用于自动化设计满足抗屈曲性能要求的轻量化带筋薄壁筒体结构。基于柱壳曲面几何分割、梁壳单元耦合方法,建立了正置正交、斜置正交及等边三角形三类典型筋条布局的带筋薄壁筒体结构全自动参数化仿真模型,开发了带筋薄壁筒体线性屈曲高效率、自动化仿真流程;基于神经网络代理模型的优化方法,实现了带筋薄壁筒体结构特征参数优化。设计案例表明,该设计方法可在保证筒体抗屈曲性能满足服役要求的前提下,有效减少整体结构质量,为薄壁筒体结构开发提供高效的设计方法。

大型薄壁高强度铝合金异型舱壳精密砂型铸造成型关键技术应用研究

对某大型薄壁高强度铝合金网格筋异形舱壳整体精密铸造成型的关键技术进行了系统介绍,从铸件的结构特点、工艺方案选型、铸造模拟仿真、铸件加工质量等进行了深入的分析和优化。该大型薄壁网格筋异形舱壳整体精密铸造成型所采用的系列工艺及设计技术,克服了传统制造方案无法实现或实现起来成本高、周期长、管理难等缺点,对于同类结构铸件的整体精密铸造成型成功实现具有重要的技术创新意义,同时对于提升国内大型高强度铝合金复杂构件的精密铸造成型具有重要的指导和借鉴价值。

TC4钛合金薄壁带筋锥形环辗轧充填规律

钛合金薄壁带筋锥形环件是航空航天关键基础构件,型槽充填不满、截面轮廓难以精确成形,是该复杂异形环件精密辗轧成形面临的瓶颈问题。本文分析了影响型槽充填行为的关键影响因素,即决定塑性变形行为的每转进给量、以及决定每转进给量在环件内外表面分配比例的驱动辊半径和芯辊半径;以某TC4钛合金薄壁带外筋锥形环辗轧为研究对象,通过ABAQUS的VUAMP子程序开发,建立了实现以常每转进给量进给的芯辊运动闭环控制有限元仿真模型;进而模拟揭示了每转进给量、驱动辊半径和芯辊半径对型槽充填质量(充填率、型槽入口变形及其均匀性)的影响规律。结果表明:随着每转进给量增大,充填率先增大后减小,表明存在一个最佳的每转进给量最利于充填;随着每转进给量增大,型槽入口区域变形越小且分布越均匀,可有效抑制该区域产生裂纹缺陷;随着驱动辊半径增大,充填率逐渐减小,不利于型槽充填;随着芯辊半径增大,充填率逐渐增大,有利于型槽充填。

带I型纵筋薄壁构件挤压成形数值模拟与工艺优化

带I型纵筋薄壁构件的结构复杂、壁厚不均,在挤压过程中容易发生金属流动不均匀现象,导致型材发生翘曲变形。针对该问题,采用Hyper Xtrude有限元分析软件,研究了挤压速度、坯料初始温度和模具初始温度等工艺参数对挤压成形效果的影响规律,发现坯料初始温度的增大会使金属流速更加均匀,而过大的挤压速度和模具初始温度会加大金属流速的不均匀性。通过正交试验获得最佳成形工艺参数组合:挤压速度为2 mm·s^(-1),坯料初始温度为480℃,模具初始温度为440℃。最后进行了相应的挤压试验,并成功获得高精度带I型纵筋薄壁构件样品。该研究工作为此类构件的挤压成形工艺及模具的优化设计提供了理论参考。

基于试验设计和响应曲面法的大型带筋薄壁铝型材挤压工艺优化

以某大型带筋薄壁铝型材为研究对象,基于BBD试验设计、响应曲面法以及有限元模拟仿真,建立了工作带出口处型材截面流速均方差、最大挤压力与设计变量的响应函数关系,开展了穿孔针挤压成形工艺优化。研究结果表明:挤压速度是影响大型带筋薄壁铝型材穿孔针挤压成形材料流速的均匀性和挤压力大小的最显著因素。挤压成形工艺优化后,最优坯料温度为509.2℃、最优模具温度为506.1℃、最优挤压筒温度为518.8℃、最优挤压速度为0.2 mm·s^(-1),所对应的铝型材流速范围为5.393~8.910 mm·s^(-1)、温度范围为509.1~510.3℃、最大挤压力为119.4 MN,获得了理想的材料流速与温度分布均匀性,型材圆筒部分和筋部组织均匀,晶粒大小形貌相近,并显著降低了挤压力,满足了实际生产需求。

温度对薄壁镁合金型材成形性影响的数值模拟

采用三维弹塑性热力耦合有限元法模拟了薄壁多筋AZ31镁合金型材温热张力绕弯成形工艺,分析了温度对型材成形性能的影响。结果表明,随着温度升高,等效应力下降,等效塑性应变增加。所用规格的镁合金型材在110-220℃之间能够有效地进行张力绕弯成形,且弯曲后回弹角随温度升高而下降,从110℃的2.42°下降到220℃的1.56°;型材弯曲外侧尺寸畸变程度增大,内侧畸变程度降低。

铝合金薄壁异形截面辗扩成形宏微观模拟

环件轧制作为一种无缝环筒类构件先进塑性成形技术,目前还难以实现铝合金薄壁带筋锥筒构件的近净成形制造。针对2A14铝合金薄壁异形截面环件,建立其辗扩成形宏微观耦合分析有限元模型,选用矩形截面环件作为坯料,基于有限元模拟获得了优化后的轧制孔型,并探究坯料初始温度及芯辊进给速度对材料成形性和微观组织演变的影响规律,得到微观组织均匀且孔型填充性良好的辗环工艺参数。环坯温度为470℃,芯辊进给速度为1.2 mm/s,主辊旋转转速为30 r/min,上锥辊的压下速度为0.6 mm/s为最优工艺参数,能够满足2A14铝合金异形截面辗扩形/性控制要求,可为实际生产提供理论指导。