网格筋肋板的辊轧成形新工艺研究
发布时间：2021-07-26 14:20
筋肋板在实现产品减重、提高结构比强度和比刚度等方面具有显著优势,应用极其广泛。但这类构件采用常规方法难以生产,迫切需要开发满足要求的新加工技术。本文归纳了现有筋肋板类构件的生产技术,分析了各类工艺的优缺点。针对传统筋肋板塑性成形方法存在的载荷大、变形难以精确控制等问题,基于“回转成形”概念提出一种对板坯进行局部、连续的塑性变形,从而得到筋肋板等具有大厚度差特征的复杂板壳件的“省力成形”新方法——辊轧成形。新方法将体积成形、板料成形以及辊锻与轧制等传统工艺有机结合,采用异于模具往复压制的成形原理,可得到多种形式的带差厚特征板壳件;既具有传统塑性成形方法生产效率、材料利用率高等优点,又有效避免了基于往复模具运动成形方式存在的载荷大、模具寿命低等问题,可扩展性强、适应面广,应用前景广阔。论文以带横、纵筋肋的典型网格筋肋板为对象,分析了轧辊模具型槽形状与筋肋轮廓之间的几何映射关系;利用数值模拟分析了网格筋板的辊轧成形过程,探讨了主要工艺参数对制件形状与成形载荷的影响;运用响应面方法,获得了最佳工艺参数组合。最后,对网格筋板的辊轧成形进行了实验验证。主要结论如下:（1）物理实验和数值模拟表明,辊...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A380机身上的壁板（传统组合壁板与整体壁板）
13-15]是通过化学溶液腐蚀工件的被加工部位，从而获得所需凹槽形状，而无需加工部位表面涂有保护介质。作为一种无应力的特种加工方式，化学铣灵活性、曲面形状适应性强，也无需考虑材料的硬度，但成形时间长、污染严重，制件过渡圆角大、表面粗糙、加工精度和效率低。无需加工部位虽然处于保护涂层下，但化学腐蚀液会溶解其侧面的金属，形成较大过渡圆角，通常只能加工宽度大于两倍深度的沟槽，零件的废重增加。此外，坯料原有的划痕、凹坑等缺陷在化学液的腐蚀下会进一步放大。因此，目前化学铣正逐渐被其他方法取代。图1.2化学铣的成形零件及其原理Fig.1.2Chemicalmillingpartsanditsprinciple计算机数控（CNC）铣切的加工精度高、适应性强，但生产效率和材料利用率较低，且长时间处于高速切削的铝板件易产生积屑瘤，会阻碍刀具头散热[16-17]。对于大型的曲面筋肋板壳件，CNC加工对设备要求很高。此外，切削加工会将金属流线切断，降低了构件的机械性能。②精密铸造精密铸造是用精密造型方法获得精确铸件的铸造工艺总称，有熔模、陶瓷型、金属型、压力与消失模等具体方法[18]。铸造工艺操作繁琐，易出现晶粒粗大、组织疏松等缺陷，制件强度普遍偏低。通常，铸造成形的板壳件不能太雹轻量化效果有限，且表面质量差、成品率和生产效率都偏低[19]。③分体成形与组焊利用焊接生产大型筋板结构件，一定程度上解决了复杂构件不易整体加工成形的问题。然而，焊接变形和相关缺陷很难控制，热影响区导致的组织劣化也会降低构件强度。事实上，焊接加工不仅工序繁琐、效率低、制件可靠性差，也不利于实现轻量化与紧凑化[20-21]。
重庆大学硕士学位论文1绪论3④塑性成形塑性成形高效、节能，应用十分广泛。但如果采用传统模锻等工艺直接整体成形“薄腹、高筋”的网格筋肋板构件，不仅载荷高，对设备要求苛刻、模具寿命低，而且在成形过程中，横纵筋交错的位置容易产生折叠，腹板和筋肋底部圆角易充填不满。仅增加压力，对提高充填能力的作用也十分有限。为此，杨、张等人[22-24]针对铝合金筋板等难变形大型复杂合金构件的制造，提出结合局部加载和等温锻造的方法。如图1.3，通过将上模或下模分成若干部分，分块进行等温锻造。该法可大幅降低载荷，能够成形大型筋肋板构件；但操作繁琐，同时很难精确控制材料的不均匀变形流动，极易出现错位、折叠、筋部填充不满等各种缺陷。图1.3局部加载成形原理及其成形的铝合金口盖锻件Fig.1.3Principleofpartialloadingformingandtheformedaluminumalloyflapforgings针对存在内筋的回转筒形件，张提出了旋转挤压成形方法，在轴向挤压加载同时增加径向力和扭转力矩，运用组合模具成形内筋[25-27]。但产品尺寸受模具限制，成形过程比较复杂。类似的，一些学者还提出了旋压工艺成形，特别是带横向浅筋的回转件内旋工艺[28-30]。但这些技术目前大多处于研究阶段，实际应用并不成熟。⑤其他方法胥、杨[31]等提出用堆焊方法，在板料平面上分层形成具有凸台的网格筋条，再通过对筋条局部铣切，得到航天飞行器的外贮箱网格壁板。但堆焊筋肋质量差、生产效率和尺寸精度低。增材制造（3D打印）[32-33]技术近年来发展迅速，也是筋肋板生产的潜在方式。但由于筋板件在生产效率、产品性能及成本等方面要求较高，增材制造在短期内尚难担当重任。可见，如何减轻构件重量、提高服役性能、延长使用寿命，一直是航空航天和武器装备等
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于均匀设计的钛合金化铣工艺研究与应用[J]. 薛露平,叶晖,许维超. 火箭推进. 2016(04)
[2]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[3]相交筋板结构激光立体成形的结构优化设计[J]. 张讯,谭华,钱远宏. 应用激光. 2014(01)
[4]大型空间站整体壁板结构技术进展[J]. 于登云,赖松柏,陈同祥. 中国空间科学技术. 2011(05)
[5]高速铣削德尔它4贮箱壁板网格技术[J]. 丁新玲. 航天制造技术. 2008(05)
[6]我国网壳结构的发展与现状[J]. 付超,郭长青,张喜娥,王小锋. 河南建材. 2007(02)
[7]航空发动机减重技术研究[J]. 姜旭峰,彭著良,费逸伟. 航空维修与工程. 2005(01)
[8]网格式整体壁板增量成形有限元模拟[J]. 刘劲松,张士宏,曾元松,李志强,任丽梅. 材料科学与工艺. 2004(05)
[9]航空材料技术的发展现状与展望[J]. 颜鸣皋,吴学仁,朱知寿. 航空制造技术. 2003(12)
[10]模具的精密铸造技术[J]. 贺俊杰,兰杰,翟春泉,丁文江. 铸造. 2000(03)
博士论文
[1]镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D]. 宋新玉.山东大学 2010
硕士论文
[1]内环筋直筒件旋转挤压成形折叠缺陷机制研究[D]. 李天宇.中北大学 2017
本文编号：3303727
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A380机身上的壁板（传统组合壁板与整体壁板）
13-15]是通过化学溶液腐蚀工件的被加工部位，从而获得所需凹槽形状，而无需加工部位表面涂有保护介质。作为一种无应力的特种加工方式，化学铣灵活性、曲面形状适应性强，也无需考虑材料的硬度，但成形时间长、污染严重，制件过渡圆角大、表面粗糙、加工精度和效率低。无需加工部位虽然处于保护涂层下，但化学腐蚀液会溶解其侧面的金属，形成较大过渡圆角，通常只能加工宽度大于两倍深度的沟槽，零件的废重增加。此外，坯料原有的划痕、凹坑等缺陷在化学液的腐蚀下会进一步放大。因此，目前化学铣正逐渐被其他方法取代。图1.2化学铣的成形零件及其原理Fig.1.2Chemicalmillingpartsanditsprinciple计算机数控（CNC）铣切的加工精度高、适应性强，但生产效率和材料利用率较低，且长时间处于高速切削的铝板件易产生积屑瘤，会阻碍刀具头散热[16-17]。对于大型的曲面筋肋板壳件，CNC加工对设备要求很高。此外，切削加工会将金属流线切断，降低了构件的机械性能。②精密铸造精密铸造是用精密造型方法获得精确铸件的铸造工艺总称，有熔模、陶瓷型、金属型、压力与消失模等具体方法[18]。铸造工艺操作繁琐，易出现晶粒粗大、组织疏松等缺陷，制件强度普遍偏低。通常，铸造成形的板壳件不能太雹轻量化效果有限，且表面质量差、成品率和生产效率都偏低[19]。③分体成形与组焊利用焊接生产大型筋板结构件，一定程度上解决了复杂构件不易整体加工成形的问题。然而，焊接变形和相关缺陷很难控制，热影响区导致的组织劣化也会降低构件强度。事实上，焊接加工不仅工序繁琐、效率低、制件可靠性差，也不利于实现轻量化与紧凑化[20-21]。
重庆大学硕士学位论文1绪论3④塑性成形塑性成形高效、节能，应用十分广泛。但如果采用传统模锻等工艺直接整体成形“薄腹、高筋”的网格筋肋板构件，不仅载荷高，对设备要求苛刻、模具寿命低，而且在成形过程中，横纵筋交错的位置容易产生折叠，腹板和筋肋底部圆角易充填不满。仅增加压力，对提高充填能力的作用也十分有限。为此，杨、张等人[22-24]针对铝合金筋板等难变形大型复杂合金构件的制造，提出结合局部加载和等温锻造的方法。如图1.3，通过将上模或下模分成若干部分，分块进行等温锻造。该法可大幅降低载荷，能够成形大型筋肋板构件；但操作繁琐，同时很难精确控制材料的不均匀变形流动，极易出现错位、折叠、筋部填充不满等各种缺陷。图1.3局部加载成形原理及其成形的铝合金口盖锻件Fig.1.3Principleofpartialloadingformingandtheformedaluminumalloyflapforgings针对存在内筋的回转筒形件，张提出了旋转挤压成形方法，在轴向挤压加载同时增加径向力和扭转力矩，运用组合模具成形内筋[25-27]。但产品尺寸受模具限制，成形过程比较复杂。类似的，一些学者还提出了旋压工艺成形，特别是带横向浅筋的回转件内旋工艺[28-30]。但这些技术目前大多处于研究阶段，实际应用并不成熟。⑤其他方法胥、杨[31]等提出用堆焊方法，在板料平面上分层形成具有凸台的网格筋条，再通过对筋条局部铣切，得到航天飞行器的外贮箱网格壁板。但堆焊筋肋质量差、生产效率和尺寸精度低。增材制造（3D打印）[32-33]技术近年来发展迅速，也是筋肋板生产的潜在方式。但由于筋板件在生产效率、产品性能及成本等方面要求较高，增材制造在短期内尚难担当重任。可见，如何减轻构件重量、提高服役性能、延长使用寿命，一直是航空航天和武器装备等
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于均匀设计的钛合金化铣工艺研究与应用[J]. 薛露平,叶晖,许维超. 火箭推进. 2016(04)
[2]复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 马立敏,张嘉振,岳广全,刘建光,薛佳. 复合材料学报. 2015(02)
[3]相交筋板结构激光立体成形的结构优化设计[J]. 张讯,谭华,钱远宏. 应用激光. 2014(01)
[4]大型空间站整体壁板结构技术进展[J]. 于登云,赖松柏,陈同祥. 中国空间科学技术. 2011(05)
[5]高速铣削德尔它4贮箱壁板网格技术[J]. 丁新玲. 航天制造技术. 2008(05)
[6]我国网壳结构的发展与现状[J]. 付超,郭长青,张喜娥,王小锋. 河南建材. 2007(02)
[7]航空发动机减重技术研究[J]. 姜旭峰,彭著良,费逸伟. 航空维修与工程. 2005(01)
[8]网格式整体壁板增量成形有限元模拟[J]. 刘劲松,张士宏,曾元松,李志强,任丽梅. 材料科学与工艺. 2004(05)
[9]航空材料技术的发展现状与展望[J]. 颜鸣皋,吴学仁,朱知寿. 航空制造技术. 2003(12)
[10]模具的精密铸造技术[J]. 贺俊杰,兰杰,翟春泉,丁文江. 铸造. 2000(03)
博士论文
[1]镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D]. 宋新玉.山东大学 2010
硕士论文
[1]内环筋直筒件旋转挤压成形折叠缺陷机制研究[D]. 李天宇.中北大学 2017
本文编号：3303727
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