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基于全流程仿真的TC4钛合金叶片残余应力优化
谢丹;陈榜;黄通柱;何浩林;欧阳秋玥;杜昌粮;徐戊矫;为解决航空发动机压气机一级转子叶片在制备全流程中残余应力难以控制的问题,基于Simufact平台对该TC4钛合金叶片进行了包含3次顶锻-预锻-终锻-切边-校正-退火及各工步转运过程在内的全流程有限元计算,获得了该叶片在制备各环节中的残余应力变化趋势。通过小孔法实测了叶片锻件成品中叶身、榫头及其衔接处3个特征位置的残余应力,并与全流程有限元计算结果进行比对,验证了所建立的计算模型的准确性。通过定量分析制备各环节的残余应力变化,确定了终锻为残余应力累积最主要的阶段,退火处理为残余应力消减最主要的阶段,探究了终锻和退火处理的关键因素如锻造速度、锻造温度与退火温度对残余应力的影响规律,并结合正交试验优化了相关工艺参数。结果表明:随终锻锻造速度的增加,锻件残余应力呈下降趋势;锻造温度升高使最终残余应力先增后减;退火温度升高可促进残余应力释放,但需兼顾β相析出对性能的影响。正交试验显示各参数对残余应力的影响程度为退火温度>锻造温度>锻造速度,优选工艺组合为锻造温度958℃、锻造速度160 mm·s-1、退火温度730℃。
基于“流-变-温”三场耦合的异形环件轧制中间坯正向设计与优化
魏科;袁帅;冉兴;朱明渝;付绪楷;冯彦成;杨晋;徐东;王宇锋;为满足航空航天领域对高性能复杂截面环件精准制造的需求,针对TC4钛合金C型截面异形环件,提出了一种基于“流-变-温”三场耦合的轧制中间环坯正向设计与优化方法。以环件轧制过程中直径长大与截面轮廓成形的竞争行为为理论基础,首先正向推导出确保截面充填完整(对应流场)的中间坯尺寸约束。进而,以影响环坯体积分配的关键几何参数为设计变量,以轧后环件应变分布与温度分布的均匀性为协同优化目标,构建了正向设计与智能优化的协同设计流程。结果表明,通过所建立的“流场解析约束-应变场与温度场代理模型及多目标智能优化求解”体系,能够获得在截面充满条件下应变场与温度场均匀性同步提升的最优中间环坯。
面向力学性能提升的航空发动机支撑环锻造工艺优化
熊贤卿;刘灿;苏海;吴涛;徐戊矫;针对某航空发动机用2618铝合金支撑环在热加工后其抗拉强度和疲劳寿命未达到服役性能要求的问题,首先对该铝合金支撑环截面上出现的3个组织分区进行了EBSD表征分析,通过对比晶粒形貌特征、平均晶粒尺寸、再结晶百分比、晶粒取向差分布(GOS)值和几何必须位错(GND)密度发现支撑环截面上3个组织分区的再结晶程度存在较大差异。基于所建立的铝合金支撑环热锻成形有限元模型,对原锻造工艺所获得的支撑环截面的等效应变、再结晶百分比和平均晶粒尺寸进行仿真对比,结果表明支撑环截面上3个组织分区的再结晶程度差异来源于其热锻过程的应变分布不均。针对坯料始锻温度、模锻速度和摩擦因数设计了三因素三水平的正交实验,结合数值模拟仿真对支撑环热锻工艺参数进行了优化。对工艺优化后锻造的支撑环截面再次进行了EBSD表征,截面上不同分区的晶粒组织相较于初始工艺均得到了细化。同时,对优化后的支撑环锻件开展了拉伸性能和疲劳寿命检测,其各项指标均满足设计要求。
0.8D弯曲半径铝合金薄壁管推-旋一体弯曲成形关键参数影响研究
刘杰;范玉斌;徐雪峰;刘杰松;肖洁;曾祥;谢君;为提升5A02铝合金小弯曲半径薄壁管的弯曲成形极限,针对Φ30 mm×1.0 mm、弯曲半径为0.8D的管坯,开展了推-旋一体弯曲成形关键参数影响研究。结合Abaqus有限元模拟与工艺实验,系统探究了管坯进给速度V1、旋轮转速V2、反推压强P及其加载路径对成形质量的影响。结果表明:降低管坯进给速度V1可有效抑制内侧起皱,当V1由15 mm·s-1减小至3 mm·s-1,内侧增厚率降低了5.1%。旋轮转速V2对改善成形质量具有关键作用,与旋轮固定形式相比,当旋轮转速增大至V2=1.5V1时,内侧增厚率降低了8.0%、输出端伸长量延长了107.8%,但继续增大V2,其改善效果趋于饱和。反推压强P需精确控制,P小于70 MPa易导致不贴模与起皱,大于70 MPa则会加剧壁厚不均并抑制材料伸长。据此确定了较优工艺窗口:在70 MPa的反推压强P下,结合D加载路径(P经线性变化在3/4管坯行程时达到最大值),可获得无缺陷、质量良好的弯管。
不同能场对金属材料塑性诱导提升的技术研究现状
王新宇;霍元明;王志军;严祯荣;何涛;樊晓光;余雯翰;李志伟;王昭昭;孙乐乐;电致塑性、氢致塑性、超声波技术、激光技术以及脉冲磁场技术等先进加工技术在改善金属材料塑性方面展现出了巨大的潜力。通过精确控制加工参数和处理条件,这些技术能够在金属材料中引入局部的塑性变形,从而实现形状与性能的调控。这些技术不仅能够改善金属的成形性,还能有效提高金属材料的力学性能,如强度、延展性等,特别是在微观结构的优化方面具有显著优势。然而,尽管这些技术展示了可观的应用前景,它们仍面临着诸如能量传输效率、表面质量、加工效率和设备成本等一系列挑战。因此,未来的研究将集中于开发更加高效、可靠且具有较高性价比的加工工艺,进一步提升这些技术在金属材料塑性加工中的实际应用价值。通过优化技术参数和提升设备性能,这些先进加工技术有望在更多工业领域中得到广泛应用,为推动制造业的高效、可持续发展提供有力支持。
基于分离式霍普金森杆的铝合金板料高速冲击液压成形有限元模拟与试验研究
李旺;张团卫;常慧;赵聃;毛周朱;魏慧杰;焦志明;王志华;针对轻质合金室温塑性较差的难成形问题,利用分离式霍普金森压杆技术进行了高速冲击和高速冲击液压成形的试验设计,对5052铝合金高速冲击及高速冲击液压成形过程进行数值模拟和试验分析,研究了高速冲击液压成形过程和冲击速度、板料厚度对成形深度和效果的影响规律。结果表明:仿真和试验结果吻合较好,验证了仿真的可靠性。在5052铝合金板料高速冲击液压成形过程中,双冲击体形式存在二次加载现象,第1次冲击波达到峰值之前,板料出现“平底现象”,当反射波到达一定位置,板料深度继续增加。随着冲击速度的增加,成形深度逐渐增加;板料成形厚度的增加需要更大的冲击能量。高速冲击液压成形与高速冲击成形相比有显著优势,既可以提高成形零件的表面质量,又可以在同等成形深度要求下减小冲击速度和能量。
高强铝合金车架纵梁内高压成形工艺及变形规律
孙康;胡志力;龙曲波;庞秋;为解决传统高强钢材料冲压焊接车架纵梁存在成形工序多、生产周期长、尺寸精度差和装配精度低的问题,提出了一种高强铝合金车架纵梁内高压成形工艺,以7075高强铝合金为材料,通过内高压成形制备车架纵梁,可以有效缩短生产周期,提升产品尺寸精度。基于Dynaform有限元软件对车架纵梁内高压成形进行仿真模拟,研究成形工艺参数对成形质量的影响,分析矩形截面过渡圆角区域的管壁填充行为。对车架纵梁进行试验试制,测量整体尺寸与壁厚分布,对纵梁不同区域的材料进行单向拉伸试验。最终发现在7075铝合金车架纵梁内高压成形过程中,轴向补料量20 mm,成形内压60 MPa,整形内压130 MPa时成形效果最好。对于过渡圆角的填充,管内压强越大、摩擦因数越小,填充效果越好,最终通过实验试制的纵梁长度为2000 mm,宽度为190 mm,高度为70 mm,过渡圆角半径为25 mm,减薄率为18%左右,工件屈服强度480 MPa,抗拉强度560 MPa,整体性能一致性好,尺寸精度更高,生产周期更短,说明7075铝合金通过内高压成形生产的车架纵梁可以满足实际生产的需要。
矿物绝缘电缆连续管保护套拉拔成形工艺研究
王少华;宋红兵;张万鹏;周超;谢航;肖群星;邢煜林;王效岗;采用实验以及建立BP神经网络的方式,对拉拔理论公式进行验证,研究拉拔成形工艺的制定以及拉拔后焊缝对管材质量的影响。实验结果表明,对于304不锈钢焊管来说,单道次最大减径率为30.4%,伸长率最大为40%;拉拔力与减径率、工作带长度等影响因素成正相关,拉拔速度对拉拔力的影响不大;通过拉拔成形工艺能有效改善焊缝处的晶粒取向,使得管材沿拉拔方向有较好的成形性;建立BP神经网络训练模型,得到回归值R,表明该模型有较好的预测性,从而验证了模型的可行性。
强制润滑拉深工艺及润滑效果量化评价
陈端;赵长财;陈晓沂;刘兴乐;许镱巍;针对板材拉深成形过程中摩擦恶劣难题,提出一种外部加压强制润滑拉深工艺,接触间隙中形成的压力油膜可以有效减小板材与模具真实接触面积,改善润滑条件。设计了一套强制润滑拉深模具,在20～50 k N区间内3组压边力条件下,进行了5和9 MPa强制润滑拉深实验,与聚乙烯薄膜、高纯度二硫化钼颗粒、植物油、水性矿物质润滑油等常用润滑介质在相同工艺条件下做横向对比实验,并量化评价强制润滑效果。实验结果表明,高纯度二硫化钼颗粒润滑效果最好,植物油润滑效果最差,水性矿物质润滑油加压后润滑效果有明显提升, 9 MPa压力下成形件高度最大提高了17.97%,成形力最大降低了8.9%,最大壁厚减薄率降低了32.7%。9 MPa压力下润滑效果好于5 MPa。
热冲压工况下GA镀层组织演变及粉化现象
陈炜;黎小洲;曹一枢;白瑛;张小计;陈春刚;利用扫描电镜并结合元素能谱分析仪研究了热镀锌合金化超高强钢板在热冲压工况下镀层组织的演变过程,并对镀层粉化、剥落等损伤机理进行了讨论。结果表明:加热温度为600～680℃时,镀层的主要组织由δ1k相组成,温度升高至720℃后,δ1k相向Г相与液Zn转变,镀层中氧含量增加。当温度升高至810℃时,Г相与氧化物Zn O的含量达到顶峰,温度达到奥氏体温度870℃以上时, α-Fe (Zn)相成为主体,此时只有表面氧化物Zn O与少量的Г相存在。在成形前GA镀层内部存在预裂纹,由于液Zn的液态金属致脆导致裂纹的进一步扩展,随着淬火与成形的开展,在压应力的作用下使得镀层内部的裂纹沿横向扩展,造成了粉化以及剥落现象。