钛合金电流辅助成形工艺研究进展

轻质高强材料钛合金因其室温难变形的特性,在一定程度上影响了其应用,电流辅助作用对材料变形具有增塑效应,故采用电流辅助作用成形钛合金有一定的研究意义。对电流辅助难变形钛合金成形进行了综合评述,梳理了钛合金变形电流辅助机理的研究现状,对电流辅助在钛合金塑性成形工艺的运用进行了归纳,最后对电流辅助钛合金成形进行了展望,为电流辅助在钛合金成形工艺中的进一步应用提供参考。

板材与管材压力辅助成形技术发展现状

针对6种典型压力辅助成形工艺的国内外发展现状进行了综述,这6种工艺分别是板材充液成形技术、管材内高压成形技术、脉动载荷充液成形技术、充液热成形技术、固体颗粒成形技术、管材热态气体快速成形技术,介绍了各种工艺的技术原理,并对国内外最新的发展现状进行了回顾,涉及新理论、新结构、新工艺方法、设备、工业应用等。

超细晶粒钢低热输入背面辅助成形焊接工艺研究

对400 MPa级超细晶粒钢进行STT焊接电源下的CO2气体保护焊,采用低热输入窄坡口自制焊剂垫背面辅助成形工艺得到焊缝成形美观、根部和侧壁熔合良好以及热影响区极窄的焊接接头。研究结果表明:低热输入窄坡口条件下,焊剂垫只起引弧作用而不起强迫成形作用,只用熔敷金属的自重以及电弧吹力的作用来达到辅助成形目的;小曲率焊剂垫更利于加大电弧扩展角,使得焊缝成形更为合理。在低热输入窄坡口背面辅助成形工艺下所得接头力学性能均优于母材,焊缝区是因为焊材的合理选择。扫描电镜观察显微组织发现HAZ生成了晶粒较小不同方向不同晶界的多种非平衡组织,尤其是出现了能改善力学性能的粒状珠光体。

真空辅助成形泡沫夹层复合材料粘接界面性能研究

夹层泡沫与复合材料整体VARI成型过程中,在界面上易产生弱粘接以及粘接不稳定现象。该文采用三种不同方法改善夹层泡沫与复合材料界面粘接性能,在夹层泡沫表面涂覆本体树脂,采用本体树脂制备胶膜铺放在夹层泡沫盒复合材料之间,在夹层泡沫与复合材料之间增加一层空隙率更大的织物。结果表明,三种方法均能改善夹层结构的界面,铺放胶膜对界面改善效果最佳,涂敷树脂效果相对最差。

基于电磁辅助成形的汽车覆盖件成形工艺研究

目的为解决铝合金材料在冷冲压成形工艺中回弹量大、贴模度低、流动性差等问题,对汽车覆盖件的成形工艺进行研究。方法基于电磁场理论,结合电磁成形工艺,制定了首先采用冲压进行预成形然后通过电磁场辅助成形进行终成形的工艺方法,通过正交试验与有限元单向耦合分析相结合的方法获得了成形覆盖件的最佳工艺参数。结果基于正交试验获得了成形工艺参数的最佳组合:工位1采用峰值电压为8 kV、厚度为0.5 mm的单层线圈的成形参数,4个工步中的放电次数依次为22,28,36,44;工位2采用峰值电压为8 kV、厚度为0.5 mm的3层线圈的成形参数,4个工步中的放电次数依次为34,42,46,58。目标件的成形尺寸和理论尺寸对比结果表明,在最佳工艺组合下成形出目标件的误差较小且均匀分布在两圆角特征附近,“凸台”特征的成形误差相对较大,其最大误差为1.47 mm。结论通过成形试验,验证了所确定的成形工艺参数的有效性。在最佳工艺参数组合下,电磁辅助成形工艺结合冲压工艺可以应用于该汽车覆盖件的成形。

电流辅助成形中位错演化行为研究进展

电流辅助成形技术融合了电能、热能和变形能,耦合了多物理场作用。在电热力耦合作用下产生的焦耳热效应和非热效应对材料力学性能和微观组织产生多重影响。相较于传统成形工艺,其在提高材料成形潜力和提升构件成形质量等方面具有优势。从实验研究、理论模型解析以及有限元分析等方面综述了电辅助成形过程中电流对位错演变的作用规律,讨论分析了基于位错密度的电辅助理论解析模型研究进展,对电流辅助成形过程中位错演变研究现状进行了梳理,为进一步研究电辅助塑性成形提供一定的参考。

计算机辅助成形技术在钛合金材料颅骨成形修补术中的应用

目的评价计算机辅助成形技术在钛合金材料颅骨成形修补中的应用。方法 2006年1月至2010年8月共收治颅骨缺损患者133例,其中58例用手工塑型的钛合金网进行颅骨修补,75例用计算机辅助成形的钛合金网进行颅骨修补。比较分析两组的手术时间、消耗的钛钉数量及术后并发症的发生率及疗效。结果计算机辅助成形组手术时间为(105.4±9.6)min,所用钛钉数为(14±1.7)枚,均明显低于手工塑型组的(125.6±10.9)min和为(19.0±2.1)枚(P<0.05)。计算机辅助成形组4例发生出血、积液、疼痛不适和外观不满意等,并发症发生率为5.3%(4/75),手工塑型组发生上述并发症者17例,发生率为29.3%(17/58),两者相较,相差显著(P<0.05)。两组均无钛网外露、伤口感染及排异情况。结论计算机辅助成形技术缩短了颅骨缺损修补的手术时间,降低了手术难度及风险,完善了外观,使得钛合金材料作为颅骨修补材料的优势更加明显。

电流辅助成形技术研究进展及展望

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺是指在一个热循环内材料同时完成成形和扩散连接的加工过程。随着航空航天领域对轻质高强难变形金属材料需求增加,迫切需要探索这类材料的成形新方法。电流辅助成形能够降低材料流动应力,提高其成形精度,与SPF/DB工艺相结合能够高效制备复杂结构件,这对高强难变形金属材料成形具有重要意义。介绍了电致塑性原理,梳理了电流辅助成形、扩散连接和SPF/DB的特点与优势,阐述了目前电流辅助成形工艺面临的挑战与展望。

斜楔辅助成形拉伸模设计

针对多品种、小批量生产中模具加工与制件生产的特点 ,简要阐述了拉伸、整形工序合二为一的工艺问题及模具结构设计。

空气辅助成形技术

借助新研制的空气辅助成形(LGU)技术,采用铝方管制造汽车轴部件,可以把汽车前轴梁的重量减轻大约30%。

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺优化

目的针对30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺,探究工艺参数对小模数齿形件成形质量的影响规律,分析工艺参数间的相关性,获得优化后的工艺参数组合。方法选取小模数齿形件齿廓偏差、齿距偏差、轮齿饱和度为成形质量响应指标,以电流密度、占空比以及旋轮进给速度为影响因素,设计响应面试验方案;根据有限元模拟结果建立成形质量回归预测模型,分析电流密度、占空比以及旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量的影响规律,计算获得最优的参数组合并进行试验验证。结果电流密度、脉冲占空比、旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量有显著影响,成形质量随着电流密度与占空比的升高而升高,随旋轮进给速度的升高而先升高后降低;且电流密度与旋轮进给速度、脉冲占空比与旋轮进给速度在对轮齿饱和度的影响上有一定的交互性;通过建立的回归模型预测得到的优化工艺参数如下:电流密度为17.5 A/mm2、脉冲占空比为40%、旋轮进给速度为0.6 mm/min。结论回归模型预测值与试验值的相对误差小于8%,说明所构建的成形质量回归预测模型是准确的,利用优化后的参数可制备出成形质量良好的小模数齿形件。

GLARE复杂截面构件低约束流体辅助成形规律

针对新一代航空制造材料玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE),以低约束GLARE为板料制备了具有变曲率和曲面特征的异形盒形件,并采用流体辅助成形工艺进行试验,探究了压边力、液压及其加载路径对试件成形质量的影响规律,根据零件失效机理分析得到了有利于成形的最佳工艺参数,并结合优化后的液压加载路径得到复杂构件成形规律。分析了不同成形高度异形盒形件的失效形式。结果表明:在一定范围内增大压边力与液压有利于零件成形;采取较大液压加载速度并保压的路径可提高零件的成形质量。

电流辅助微成形技术研究进展

高强难变形金属材料微成形中普遍存在成形温度高、表面氧化严重、模具寿命低等问题,迫切需要发展提高难变形材料微成形潜力的新原理、新方法和新工艺。电流辅助微成形技术可以明显改善材料的塑性流动能力、优化微观组织、改善表面质量、提升构件综合力学性能,在突破高强难变形材料制造瓶颈方面具有巨大潜力。基于此,从电流诱发的非热电致塑性效应(电子风)、焦耳热效应和次生效应(裂纹愈合、局部电势)等方面综合评述了电致塑性效应的物理机制,分析了电流激励下材料成形性和应力降等力学性能的响应规律,并从电流对材料回复、再结晶及相变等微观组织的影响方面探讨了电致塑性效应的微观作用机理,进而讨论了近年发展的一些电流辅助微成形工艺,总结并提出了电流辅助微成形技术在理论和工艺方面面临的挑战。

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应(EPE),与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形(EAF)工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。

金属板材热辅助塑性成形理论研究

金属板材的热辅助塑性成形工艺（特别是热冲压等）不但能提高金属板材的成形能力,还可以控制成形后零件的机械性能,这就与传统的冷冲压不同,需要在完成冲压成形的同时实现零件机械性能的控制。然而,目前还没有一个金属板的热辅助成形塑性理论来全面地诠释这一技术。

薄板曲面微结构电流辅助滚压成形工艺研究

针对燃料电池等系统中的薄板曲面微结构制造,提出了薄板曲面微结构滚压成形工艺,并借助电流辅助成形技术,提高了薄板曲面微结构的成形质量。采用单向拉伸实验,研究了脉冲电源参数如电压、频率、脉宽等对T2紫铜薄板单向拉伸变形行为的影响;开展了薄板曲面微结构滚压变形有限元模拟,优化坯料结构,抑制了曲面微结构件的翘曲失稳;在此基础上,开展了电流辅助滚压成形实验。结果表明,脉冲电流在达到一定阈值时,流动应力显著降低,断裂应变明显提高;采用梯形板坯,可优化板料受力状态,抑制翘曲失稳;脉冲电流辅助滚压成形时,曲面微结构高度分散性变小,成形件一致性更好,微结构尺寸精度更高。

钛合金超声振动辅助弯曲成形的有限元分析及成形装置关键部件的强度校核

在金属材料塑性成形过程中,超声振动能够有效降低材料成形力,提高成形性能,在钛合金这类难加工材料的成形制造中有着广阔应用前景。为了探究超声振动对钛合金塑性成形的影响,设计一套超声振动辅助成形装置来进行钛合金成形试验。为验证装置设计是否能够满足材料成形试验的要求,需要进行强度校核。本研究以其关键部件即装置支架为研究对象,采用有限元仿真软件ABAQUS对钛合金板V形弯曲成形过程进行分析,得到典型工作状态下弯曲力和凸模位移之间的关系以及设备的最大工作载荷,进而对装置支架进行静力学分析,得到装置支架在加载状态下的应力分布和整体变形情况。研究结果表明:装置支架的整体设计能满足超声振动辅助成形试验的强度和刚度需求。

基于响应曲面法的激光辅助机器人双点滚压成形回弹控制

针对超高强钢难成形的问题,提出了激光辅助机器人双点滚压成形工艺。以弯曲为例,研究了激光功率密度对弯曲零件回弹的影响,并基于响应曲面法,以回弹角度为目标函数,成形载荷为约束条件优化了角度增量和工业机器人位移补偿参数。结果表明,超高强钢零件回弹角度随着激光功率密度的增大而减小,激光功率密度为125 W·mm^(-2)时零件回弹角度相较于常温成形减小了78.5%,但回弹减小趋势随着激光功率密度继续增大趋于平缓;将激光功率密度固定为125 W·mm^(-2),进一步通过响应曲面法将成形过程载荷控制在600~900 N范围内,得到了优化的4道次角度增量和两滚轮位移补偿值,相较于优化前的4道次成形策略,弯曲零件的回弹角度从6.0°降低到接近于0°。响应曲面法可用于优化机器人双点滚压成形工艺参数,从而显著降低滚压成形零件的回弹并且提高成形效率。

钛合金钣金件脉冲电流辅助热压成形精度控制

针对钛合金钣金件冷加工成形精度低、热成形机成形成本高的问题,提出一种采用脉冲电流辅助热压成形工艺。以TC1钛合金U型件为对象,研究了脉冲电流辅助热压成形工艺对钛合金钣金件的缺陷、尺寸精度及力学性能的影响。结果表明,脉冲电流加热可提高成形效率,当脉冲电流密度为9.2A/mm^2,合模速度为15mm/s时,补偿了成形过程的热量损失,使钛合金钣金件保持在良好的成形温度区间,增加其成形极限,得到零件表面质量良好、无裂纹。在成形过程中,随着成形压力、保压时间、模具预热温度的升高,零件的尺寸精度逐渐提高,当成形压力10t、保压时间10s、模具不预热时,零件的尺寸精度即可达到±0.2mm。脉冲电流辅助热压成形后零件的晶粒尺寸比热成形机成形的细小,且力学性能也较好。

超声振动辅助微塑性成形系统设计与开发

针对微塑性成形工艺过程对位移、力等参数精确控制的要求,分析了超声振动辅助成形系统的设计要点,提出了关键设计参数。超声振动辅助微塑性成形系统由机床本体系统、超声振动系统和伺服控制系统等主要单元组成。机床本体设计参考四柱液压机结构形式,采用两端固支梁和压杆的简化模型,计算得到主要结构尺寸,并用ABAQUS验证其刚度。通过选用匹配的超声发生器和换能器,满足成形过程中的超声振动要求,利用理想变截面杆纵振波动方程设计变幅杆结构,并用ABAQUS进行变幅杆模态分析,确保设计振幅满足要求。伺服控制系统采用可编程多轴控制器PMAC卡控制伺服电机,通过光栅尺和力传感器反馈实现高精度的位置及成形压力控制。通过测试证明在纯铜压缩试验中叠加超声振动,成形压力显著降低,成形精度达到4μm。