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鋁合金的時(shí)效成形技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2016-09-22 瀏覽：6518次

當(dāng)代航空工業(yè)中，**的時(shí)效成形技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于鋁合金壁板類(lèi)零件的制造，特別適合制造飛機(jī)的機(jī)翼。時(shí)效成形技術(shù)已有大量的研究和探討。本文介紹了鋁合金的**時(shí)效成形技術(shù)。詳細(xì)地闡述了鋁合金時(shí)效成形的基本理論、工裝和設(shè)備和工藝。概括了國(guó)內(nèi)外研究時(shí)效成形工藝、鋁合金時(shí)效成形后組織性能及相關(guān)時(shí)效成形鋁合金的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀。提出了鋁合金時(shí)效成形的一些未來(lái)發(fā)展的方向。

在當(dāng)代飛機(jī)制造工業(yè)中，整體壁板的廣泛運(yùn)用可以有效地減輕飛機(jī)的重量，還具有工裝效率高、型面靈活易于優(yōu)化設(shè)計(jì)、密封性好等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越受到當(dāng)代航空工業(yè)所青睞。但是大型整體壁板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅擁有厚的蒙皮、較高的加強(qiáng)筋，而且大型壁板呈現(xiàn)出整體集成度高、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化等特點(diǎn)導(dǎo)致了整體壁板難于制造。傳統(tǒng)的整體壁板制造技術(shù)主要是增量壓彎冷成形。該技術(shù)利用專(zhuān)用壓力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)壓頭在整體壁板表面沿著一定的軌跡進(jìn)行局部塑性變形，通過(guò)逐次的變形累積使得整個(gè)壁板表面變形至所需要的曲率。由于該成形技術(shù)為局部塑性變形會(huì)導(dǎo)致工件表面殘余應(yīng)力高，局部萌生微裂紋，合金內(nèi)組織變化不均勻，此外該成形技術(shù)生產(chǎn)效率低下。為此，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家研發(fā)出一種**的整體壁板制造技術(shù)—時(shí)效成形技術(shù)。

該整體壁板成形技術(shù)將合金的塑性成形與人工時(shí)效相結(jié)合，利用鋁合金在應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)共同作用下的蠕變行為來(lái)獲得滿(mǎn)足形狀并保持良好的組織和性能。實(shí)踐證明，時(shí)效成形技術(shù)較傳統(tǒng)的壁板制造技術(shù)具有工裝模具簡(jiǎn)單、成形精度高和成形質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于尺寸大，曲率半徑大的壁板類(lèi)零件的制造，又適用于鋁合金等薄板零件的校形制造。特別是對(duì)于橫截面不均勻的大尺度機(jī)翼壁板，時(shí)效成形是一種方便經(jīng)濟(jì)的制造方法。

由于時(shí)效成形對(duì)制造整體壁板的**性，西方航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家很早就針對(duì)時(shí)效成形技術(shù)開(kāi)展了相關(guān)研究，并已應(yīng)用于一些飛機(jī)的整體壁板的加工制造。如B-1B 飛機(jī)的上下蒙皮、空中客車(chē)公司的AirbusA330 /A340、Airbus A380 等飛機(jī)的下翼面整體壁板的制造。甚至歐盟還特意設(shè)立了“時(shí)效成形”的跨國(guó)聯(lián)合研究項(xiàng)目，希望拓展該成形技術(shù)的運(yùn)用范圍并研發(fā)適合時(shí)效成形的鋁合金。但是，目前我國(guó)對(duì)時(shí)效成形具體的變形機(jī)制尚未明確，也沒(méi)有掌握成形過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)對(duì)合金組織和性能的影響關(guān)系，在基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)方面也缺少系統(tǒng)的研究。

1、時(shí)效成形機(jī)理

時(shí)效成形是一個(gè)耦合了應(yīng)力松弛、蠕變和時(shí)效強(qiáng)化的復(fù)雜過(guò)程。其中時(shí)效成形過(guò)程中主要發(fā)生的是由蠕變引起的應(yīng)力松弛，將零件內(nèi)的彈性應(yīng)變逐漸轉(zhuǎn)化為永久的塑性應(yīng)變。

實(shí)際生產(chǎn)中工件加工成形后不可避免地會(huì)發(fā)生回彈。而由于時(shí)效成形是一種應(yīng)力松弛變形，其變形量小，那么時(shí)效成形加工結(jié)束后工件的回彈是制約工件成形精度的關(guān)鍵因素。回彈現(xiàn)象是由于工件的外加載荷被移除后，工件通過(guò)回復(fù)使得工件內(nèi)原先的彈性應(yīng)變消失，這將導(dǎo)致工件在卸載過(guò)程中發(fā)生附加變形。回彈也是材料尋求內(nèi)應(yīng)力相互平衡的過(guò)程。當(dāng)彈性恢復(fù)過(guò)程結(jié)束時(shí)，工件內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到相互平衡，此刻工件內(nèi)的剩余應(yīng)力即為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對(duì)工件的服役性能有著顯著的影響，主要表現(xiàn)在工件的疲勞和腐蝕性能上。

時(shí)效成形中另一部分主要行為就是鋁合金在變形過(guò)程中同時(shí)發(fā)生的沉淀析出強(qiáng)化。鋁合金沉淀析出是指合金的飽和固溶體在一定溫度下保溫一段時(shí)間后，合金中的固溶原子沉淀析出，改變了合金的顯微組織，因此可以提高合金的強(qiáng)度。通過(guò)改變鋁合金的固溶淬火和時(shí)效制度的辦法，從而改變析出相的密度，大小和分布狀態(tài)，這樣就可以控制鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化效果，獲得**的綜合性能。

2、時(shí)效成形的未來(lái)發(fā)展

時(shí)效成形技術(shù)是一種很有工程應(yīng)用價(jià)值的新技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用和推廣。但是在時(shí)效成形過(guò)程中具體的時(shí)效成形機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，應(yīng)力松弛的回彈不能精確控制。此外，該技術(shù)過(guò)程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)因素如時(shí)效溫度、保溫時(shí)間等對(duì)時(shí)效過(guò)程的影響，成形質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題都制約著該技術(shù)的發(fā)展。未來(lái)鋁合金的時(shí)效成形更加注重工件的成形精度和合金性能。這就對(duì)時(shí)效成形工藝提出更高的要求，真正達(dá)到控形和控性的要求。綜上所述，鋁合金時(shí)效成形未來(lái)發(fā)展需要突破的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾點(diǎn):

1) 時(shí)效成形形變曲率柔性模具設(shè)計(jì)；

2) 時(shí)效成形過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬，精確預(yù)測(cè)回彈，實(shí)現(xiàn)鋁合金工件的精確成形；

3) 非等溫時(shí)效成形工藝，實(shí)現(xiàn)成形后鋁合金組織的控制和性能的提高；

4) 開(kāi)發(fā)新型的適合時(shí)效成形的鋁合金。

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