“航空航天增材制造”专题前言

航空航天产品通常具有多品种和小批量生产的特点。相比之下,增材制造技术由于具有无需模具、生产速度快以及能够实现近净成形等优势,在成本和效率方面相比传统制造方法有着显著的优势,特别适合用于制造航空航天领域的复杂结构。在新型号研制与定型阶段,增材制造技术已经发挥了不可替代的重要作用。自20世纪80年代诞生以来,航空航天领域的增材制造技术经历了从快速原型试制到零件装机应用,再到以发动机燃油喷嘴为代表的批量生产阶段;同时,其应用范围也从功能结构扩展到次承力结构,再到现在的大型框梁承力结构,为航空航天飞行器的结构减重和经济性提升等提供了重要支持。

空间管件自由弯曲成形工艺策略研究

基于空间管件自由弯曲成形原理,将成形管件划分为稳定段和过渡段部分,并分别对两部分进行成形工艺分析,以获得空间管件自由弯曲成形工艺策略。针对稳定段,分析了空间螺旋管的底圆半径和螺距与弯曲模偏移量和夹钳扭转速度之间的映射关系,并使用BP神经网络对空间螺旋管的成形工艺参数进行了预测,通过测试发现弯曲模偏移量的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为1.08%,夹钳扭转速度的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为3.4%;针对过渡段,采用正交设计试验研究了空间管件成形过渡时的弯曲模偏移量和夹钳扭转的加载模式对管件成形的影响,得到过渡段弯曲模和夹钳扭转的加载时间为0.9s。结合以上分析,建立了基于一次等效逼近、二次优化的管件自由弯曲成形工艺获取策略,并通过实例成形验证其可行性和有效性。

金属型管电液束加工技术研究

从金属型管电极制备、动态反极性电源、工艺参数试验等方面论述了一种金属型管电液束加工的特点与技术优势,该技术可解决孔径0.8～6.0 mm、深径比达100∶1以上小孔的难加工难题,保证加工过程稳定的基础上,可获得无再铸层、微裂纹及热影响区的高表面质量小孔。

一种非热压罐成型中温固化高温使用环氧预浸料研究

研制了一种非热压罐(OOA)成型耐热环氧复合材料用中温固化高温使用环氧树脂,对树脂进行流变性能、凝胶时间和差示量热(DSC)分析,确定预浸料制备工艺和固化工艺。采用热熔法制备OOA成型用预浸料,通过OOA法、模压法和热压罐法成型复合材料层合板,采用不同工艺参数固化和后处理,进行玻璃化转变温度和力学性能测试。结果表明:OOA成型预浸料的复合材料性能与模压法和热压罐法成型复合材料性能相当。OOA成型预浸料可以135℃固化,也可以150℃固化。后处理后玻璃化转变温度会进一步提高,力学性能与高温固化环氧树脂复合材料相当。

一种OOA成型阻燃环氧树脂预浸料研究

研制一种OOA (非热压罐)成型阻燃复合材料用中温固化环氧树脂,对树脂进行流变性能和DSC分析,确定树脂的固化工艺。采用热熔法制备OOA成型预浸料,通过真空袋法成型复合材料层压板,进行性能测试。结果表明,OOA成型预浸料适合真空袋法成型复合材料,层压板孔隙率低,力学性能和阻燃性能满足要求,复合材料玻璃化转变温度高,具有较好的耐热性。

混杂纤维增强的中温固化高韧性环氧复合材料研究

对碳纤维、高强玻璃纤维和芳纶的性能进行测试,采用热熔法分别制备了中温固化高韧性环氧树脂碳纤维单向预浸料、高强玻璃纤维单向预浸料和芳纶单向预浸料。预浸料以单种预浸料铺层和不同纤维预浸料混合铺层方式铺贴组合,通过热压罐法成型复合材料层合板,进行性能测试。建立混杂纤维复合材料理论计算模型,与实测值对比。结果表明,混杂复合材料理论计算模型得到的数据接近实测值,为混杂纤维的强度设计提供理论依据。

平面变曲率管件成形工艺获取策略研究

目的获取平面管件在弯曲成形过程中的初始工艺参数。方法基于平面圆弧管件弯曲成形原理,将成形管件划分为稳定段和过渡段。针对稳定段,分析了平面圆弧管件的弯曲半径与弯曲模偏移量之间的映射关系,并通过二次曲线拟合得到非线性方程,以方便预测管件稳定区的成形工艺参数;针对过渡段,通过分析不同时间内不同模式下弯曲模偏移量对整体管件成形的影响,以确定最佳过渡方式。基于管件成形工艺知识库,提出了平面管件弯曲成形工艺参数的规划与预测方法,并通过成形实例管件进行了验证。结果整个管件的逼近残差为0.2301 mm,最大偏差为0.3907 mm,逼近残差和最大偏差与管件总长度的比值分别为0.1274%和0.2162%。结论所提出的方法可以有效获取平面变曲率管件的成形工艺参数。

铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具设计

铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形是多模具约束、多因素影响的复杂成形过程,成形过程中极易出现起皱、破裂等成形缺陷,而模具材料和结构的合理设计对成形质量的影响至关重要。通过分析铝合金小弯曲半径薄壁管的结构特点,结合导管数控绕弯工艺过程,对模具材料选取、模具结构设计及成形仿真等关键技术问题进行了研究,最终确定了铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具的材料、结构形式、尺寸参数,通过数控绕弯成形几何运动仿真、有限元数值模拟与工艺实验,实现了满足设计要求的铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形,证明了小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具的可行性,为工程化应用奠定了基础。

无扩口管接头试验件弯扭复合疲劳断口特征及断裂部位的应力反推方法

分析了某型无扩口管接头试验件疲劳试验的断口特征,其宏观断口呈现台阶状,断裂形成表面上存在明显的环向摩擦痕迹,并且其局部区域与管接头轴向不垂直。显微尺度下,管材和管套的接触面上存在与管材轴线成0°、45°和-55°等多个夹角的摩擦痕迹,表明试验装置对试验件施加了不稳定的扭转附加载荷,试验件在弯扭复合载荷作用下产生了疲劳破坏。通过有限元软件和理论分析相结合的方法,分析了扭转与弯曲载荷幅值、相位差对管材和管套接触面摩擦痕迹特征的影响规律,两个方向载荷的相对大小影响了摩擦方向与管材轴向夹角的斜率,两者的相位差影响了摩擦痕迹的曲率,以此为基础计算得到试验件断裂位置处附加扭转应力的幅值为401.1 MPa。