LY16铝合金抛物线曲面薄壁零件充液拉深成形工艺研究

发布时间：2020-10-08 21:42

　　航空发动机为了提高推重比,大量构件需要进行材料的轻量化设计,基于此种情况,铝合金材料在航空发动机中获得十分广泛的应用。但铝合金材料塑性低、成形性能差。特别在一些复杂曲面薄壁类的零件塑性成形过程中,由于存在大的悬空区,极易出现起皱和破裂等缺陷,传统成形工艺方法难度较大。充液拉深成形技术是一种先进的、适用于复杂曲面薄壁件的成形技术,能够大幅提高该类零件的成形极限。本文以某航空发动机LY16铝合金抛物线曲面薄壁零件为研究对象,开展了LY16铝合金的力学性能测试和成形极限测试,提出了两种工艺设计方案:两道次和三道次充液拉深成形。采用数值模拟的方法对两种方案进行仿真分析,确定了由圆筒形件,到阶梯锥形件,再到抛物线形曲面件的三道次充液拉深成形的工艺设计方案,该方案能够满足成形需要。采用有限元数值模拟对三道次充液拉深件进行成形工艺研究,研究了圆筒形件充液拉深的压边间隙、液室加载路径对拉深件壁厚分布和成形质量的影响,分析了液室压力加载路径对阶梯锥形件壁厚的影响,以及初始液室反胀压力对抛物线形曲面件壁厚和成形质量的影响。获得了合理的压边间隙、液体压力和初始液室反胀压力,数值模拟表明成形过程无缺陷发生,并且拉深件壁厚分布比较均匀。建立了三道次充液拉深实验模具和装置,开展了圆筒形件、阶梯锥形件和抛物线形曲面件的充液拉深成形过程研究,分析了压边间隙和液室压力加载路径对成形质量和壁厚分布的影响,分析了充液拉深过程的起皱和开裂等缺陷形式,得到了合理的成形工艺参数,控制了起皱和开裂缺陷,试件最小壁厚减薄率10.6%,成形试件满足工艺设计要求。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263;TG386.32
【部分图文】：

航空发动机,帽罩,防冰系统,充液拉深成形

钣金件占整个发动机零件的 30%以上，由此发动机制造中占据着重要的地位。伴随着航空发动机产业的技术革新，航空发动机钣金件的结构设计也趋于复杂化求也越来越高，对零件快速制造生产的需求不断加剧[1]。钣金成形方法不能满足日益发展的航空制造业的迫切需零件制造企业一般均为小批量、多机种的生产模式，缩短快速研制就成为了提升我国的航空发动机制造面临的重要动机为了提高推重比，在许多构件中必须进行材料和结构情况，铝合金材料广泛应用与航空发动机中。例如某型统上的帽罩，如图 1-1 所示。此零件就是典型的铝合金抛，其尺寸、表面质量要求高。此零件典型的传统成形方法(一般为 6 次)，中间辅以退火处理改善性能，如图 1-2 度大，在成形过程中经常出现起皱、破裂等缺陷，如图艺导致废品率居高不下，并存在生产周期过长，制造效上现在航空发动机制造的需求。

示意图,多道次拉深,起皱,曲面

应用在航空发动机上防冰系统帽罩零件的生产过程中，将能极大的生产效率和零件质量。此外，该类零件在航空发动机中具有类似的零件包括高温合金、不锈钢、铝合金锥形、抛物线、半球液拉深可以用于飞机蒙皮等复杂曲面件零件的成形，将极大的推发动机制造水平的提高。图 1-2 抛物线形曲面件多道次拉深工艺示意图

多道次拉深,曲面,缺陷,抛物线形

曲面件多道次拉深破裂缺陷

【参考文献】