薄壁构件先进成形工艺与性能调控
专题论文汇编
钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展
王克环;常澍芃;丁锐;黄帅军;温泽华;刘钢;为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题，近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却，由于取消了模具加热，可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而，与传统等温成形不同，在冷模热冲压成形过程中，钛合金板材温度不断下降，这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题，归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律，综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展，最后对该技术未来的发展方向进行了展望。
Ni_3Al/NiAl/Ni复合板组织性能及其薄壁构件反应成形一体化工艺研究
郑闻睿;林鹏;秦锦涛;殷宏亮;曹晓卿;针对Ni-Al金属间化合物材料成形困难问题，对Ni_3Al/NiAl/Ni复合板进行了组织性能与反应成形一体化工艺的研究。以Ni/Al箔材为试验材料，对1200℃,热压时长0.5、1、2和4 h条件下热压复合法得到的Ni_3Al/NiAl/Ni板进行微观组织表征与室温及高温(1000℃)条件下的单向拉伸试验。根据试验结果确定了在1200℃、1 h条件下热压反应的复合板具有较佳综合力学性能，室温条件下抗拉强度与伸长率分别为527.6 MPa和4.4%,1000℃高温条件下抗拉强度与伸长率分别为165.7 MPa、21.2%。进一步在该参数下进行反应成形一体化工艺的研究，制备得到了具有良好表面质量与尺寸精度的薄壁锥筒壳件。在薄壁锥筒壳件上取样进行微观组织与力学性能表征，发现其组织和力学性能与相同工艺条件下制备的复合板相近。
筒形件中不同结构筋条整体成形方法综述
朱正午;赵亦希;于忠奇;李双利;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。
大尺寸铝合金薄壁零件喷丸校形仿真分析
王成雨;张敏;黄庆奕;杨武飞;王勇超;针对零件的缘条和薄壁板面的局部变形喷丸校形问题，在喷丸成形和校形的理论基础上，建立了大型铝合金框零件喷丸校形仿真方法；并以局部缘条超差喷丸校形为例，利用提出的喷丸校形有限元仿真方法进行了参数化分析与讨论；最后通过理论和试验验证了仿真方法预测的准确性。结果表明，利用提出的仿真方法可以实现大型铝合金框类薄壁变厚度复杂零件局部高缘条喷丸校形效果的预测。以局部缘条边缘中间点校形效果为例，校形效果与缘条厚度和缘条宽度等局部结构因素有关；缘条越厚、宽度越小，同样的喷丸强度下校形效果越不明显；此外，校形量还受到材料初始应力的影响；且在一定范围内，通过增加喷丸强度有利于提高缘条的校形效果，但喷丸校形效果有一定的上限。
小直径薄壁航空导管双翻边成形端头质量控制
郭正华;刘声波;赵刚要;张冉阳;史明智;胡伟;针对小直径薄壁航空导管双翻边成形管件端头实际接触区宽度不均匀的问题，研究了模具参数对成形管件接触区宽度的影响。结果表明：第1道次和第3道次模具参数对结果影响很小，第2道次模具参数影响较大，其中圆角半径和圆角所占夹角有较大影响，半锥角度影响较小，成形管件端头接触区宽度随着第2道次凸模圆角半径的增大明显变宽，随着第2道次圆角所占夹角角度的增大先增宽后变窄，而第2道次半锥角度对接触区宽度影响较小。半锥角度应大于等于圆角所占夹角，基于正交优化方法，得到了最优参数组合为圆角半径R=20 mm,半锥角度为85°,圆角所占夹角为80°,此具有最好的成形效果，成形管件端头接触区宽度得到提升，使管件安装时有较大的密封区域，能有效提升双翻边管端头的密封性能。
钛合金深腔薄壁结构蠕变时效/扩散连接复合工艺与质量评价
蒋一帆;熊炜;李铭;李细锋;陈军;为解决深腔薄壁结构制造成本高、周期长和难度大的问题，开展了TC4钛合金深腔薄壁结构蠕变时效/扩散连接复合工艺研究。开发了蠕变时效/扩散连接复合成形工艺和蠕变时效/扩散连接复合成形工艺模具，实现了深腔薄壁结构的精密成形。该模具结构解决了成形过程中的装配、连接和定位等一系列问题。在900℃、10 MPa、60 min的工艺条件下，一步完成了TC4钛合金的蠕变时效以及扩散连接成形。该工艺的材料利用率高达45%,同时能较好地控制深腔薄壁结构的尺寸精度，成形件主要区域精度维持在-0.05～0 mm以内。复合成形后的TC4钛合金抗拉强度仅降低了9.62%,仍具有优异的力学性能。
超薄壁不锈钢波纹管件液压成形工艺研究
孙康;洪峰;龙曲波;胡志力;庞秋;为了解决传统拼焊制造超薄壁不锈钢波纹管弹性差、寿命短、易破裂等问题，采用液压成形技术成形超薄壁不锈钢波纹管件。针对超薄壁不锈钢波纹管件截面形状复杂以及管壁易失稳起皱破裂的成形难点，设计了不同的加载路径。利用CATIA进行建模，使用Dynaform有限元分析软件进行数值模拟。基于波纹管成形过程中的波高与壁厚减薄情况研究了模具间隙、预胀形内压和整形压力对成形质量的影响规律。试验结果表明，对于复杂异形截面的填充，管内压强和轴向进给的增大有利于材料流动进入圆角区域以及管坯与模具的贴合。对于内径Φ50 mm,壁厚0.4 mm的复杂截面波纹管，预胀形内压7.5 MPa,整形压力20 MPa,轴向进给为20 mm为最佳参数匹配。开展了相关试验，验证了模拟结果与试验结果相符，获得的波纹管满足尺寸与性能的需求。
工艺参数对高温合金薄壁异型曲面件旋压成形质量的影响
王永娣;高鹏飞;李宏伟;詹梅;研究了进给比、芯模转速、旋压温度和坯料直径对GH3128高温合金薄壁异型曲面构件热旋成形质量的影响。结果表明，在给定参数内，随着进给比的增大，壁厚减薄量减小，但起皱程度增大。随着芯模转速的增加，壁厚减薄量增大，但起皱程度减小。随着旋压温度的升高，壁厚减薄量呈现先增大后减小的趋势，而起皱程度呈现先减小后增大的趋势。随着坯料直径的增大，壁厚减薄量和起皱程度都呈现出逐渐增大的趋势。综上，在给定参数内，进给比、芯模转速和旋压温度3种参数对壁厚减薄量和起皱程度的影响规律均呈现相反的变化趋势，而坯料直径对起皱程度和壁厚减薄量的影响变化趋势一致，因此为了得到较小的壁厚减薄量和起皱程度，进给比、芯模转速和旋压温度应该取参数范围的中间值，而坯料直径可在满足成形要求的前提下取较小值，据此确定了最优的旋压参数组合。
ST16薄壁曲面件拉深成形起皱规律
凡晓波;孔繁宇;王旭刚;黄楚晗;洪吉庆;采用ST16钢板，以直径为Φ200 mm、厚径比为0.5%的球形薄壁曲面件作为研究对象，通过数值模拟和工艺实验研究了拉延筋与压边力耦合作用下薄壁曲面件的起皱规律。结果表明，无拉延筋时需要4 MPa的压边力才能抑制起皱缺陷；使用拉延筋时仅需1 MPa压边力即可抑制起皱，通过设置拉延筋可以大幅降低压边力。大的拉延筋中心距更利于抑制起皱，但会加重壁厚减薄。选择合适的拉延筋中心距可以在抑制起皱的同时调控壁厚均匀性，最终实验试件的最大壁厚减薄率仅为10.4%。
薄壁双曲率金属包边冲压起皱机理及控制方法
陈一哲;付舒程;王辉;胡志力;华林;针对薄壁双曲率金属包边在冲压过程中由于抗失稳能力弱、变形不均匀而容易塑性失稳产生起皱的问题，提出了采用分区压边与弯曲压边的方法以控制起皱缺陷。对304不锈钢板进行力学性能测试，获得了材料模型参数，建立了分区压边和弯曲压边的有限元分析模型，根据正交法则对凹模圆角半径、模具间隙和板料轧制方向进行了3因素2水平试验设计。通过将方形薄板能量法理论与有限元方形壳单元结合，编写了以能量法理论为核心的M程序，实现了对板料模型起皱现象的定量分析，揭示了起皱机理。分析了工艺参数对板厚均匀性与起皱水平的影响程度并进行了参数优化，基于最优工艺参数开展了冲压工艺试验。有限元仿真、能量法理论分析与试验的结果表明，采用弯曲压边模具，薄壁双曲率金属包边成形质量良好，起皱缺陷得到了抑制。