加筋板预应力超声波喷丸成形工艺研究
发布时间：2020-11-12 10:10
加筋板具有结构完整性好、密封性能好、零件数目少、连接装配工作量小、刚度好等优点,是工程中比较好的轻量化结构,被广泛应用于航空航天领域。采用传统喷丸成形加筋板时,存在无法满足复杂双曲率外型以及区域弯量变形量不足等问题,亟需开展加筋板新型喷丸成形工艺研究。超声波喷丸技术作为一种新型喷丸工艺,可以获得比传统喷丸更大更深的残余压应力场,提高加筋板的成形量,板材成形后的综合性能好,但在自由状态下,超声波喷丸成形也会发生球面变形趋势及变形量不足等问题,预应力喷丸成形能改善球面变形趋势,提高成形量。本文结合预应力和超声波喷丸成形两种方法的成形优势,对加筋板预应力超声波喷丸的成形过程进行了研究和试验,主要研究工作如下:(1)基于Hertz碰撞理论,研究超声波喷丸过程中板料的变形和受力情况,探讨弹塑性变形前后凹坑直径、凹坑深度和冲击力的大小以及回弹后残余应力沿深度方向的分布关系,分析自由状态和预弯状态下残余应力的产生过程以及板件弯曲变形与残余应力场的关系。(2)研究了在展向喷丸轨迹下,有无筋对板材弦向和展向成形曲率半径的影响;其次研究预弯曲率半径对加筋板成形曲率半径的影响;最后研究自由状态和不同预弯曲率半径下撞针速度、偏置距离、喷丸区域宽度等工艺参数对加筋板成形曲率半径的影响,引入Ry/Rx,比较自由状态和施加不同预弯曲率半径下喷丸工艺参数对改善球面变形的影响。(3)通过试验研究加筋板预应力超声波喷丸后的表面层性能,重点分析不同喷丸参数对加筋板试件的表面形貌、表面粗糙度、表面硬度以及残余应力场的影响。(4)在ABAQUS软件中建立加筋板预应力超声波喷丸有限元数值模型,分析了不同工艺参数对加筋板成形曲率和残余应力场的影响,对比分析试验数据和模拟结果数据,两者相差较小,说明了数值模型建立的准确性,为研制开发机翼加筋板预应力超声波喷丸成形提供了理论和工艺数据支持。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG66
【部分图文】：
(b) 撞针式超声波喷丸装置图 1. 1 超声波喷丸装置喷丸技术作为具有很好应用前景的表面强化、板料成形和校形技术，相艺方法而言，具有以下优势：声波喷丸可以产生比传统机械喷丸更大的压应力，更深的压应力层，形定厚度的纳米层，实现薄板更大的成形量和校形量和对厚度更大板料和校形的同时提高成形件或校形件的疲劳寿命。声波喷丸通常用尖端曲率半径较小的撞针作为介质，其撞针的材料一般硬度要比传统喷丸的弹丸的要高，撞针直径较弹丸更大。超声波喷丸时零件表面可以一直保持 90°，可以使受喷零件表面受到的撞击更为均的表面粗糙度值相对传统喷丸更小。声波设备简单，成本低，其发生装置尺寸小，能源消耗小；操作简单限制；喷丸过程绿色无污染，采用的撞针式喷丸介质，喷丸后无需对介撞针不易磨损，磨损后的更换也方便快捷。声波喷丸参数可控性好，通过编程可以精确控制喷丸撞击的位置，从而
后板材受到撞针或者弹丸的猛烈的撞击，会在板材表面产生冲大，由于板材受到撞针的高频冲击，板材表层发生剧烈的塑性切向滑移，位错密度得到提高，晶粒得到极大细化，在板材表层，显著提高了受喷零件的耐磨损、耐腐蚀以及疲劳性能[11-12]史学刚等人采用试验方法对 2024T351 铝合金进行数控超声波喷形件表面层性能的影响规律，定性地探讨了喷丸后成形件表面形件表面形成了近 300μm 的硬化层，表面的显微硬度增大了 20糙度增大，偏置距离对成形件表面粗糙度有着很大的影响，超的影响，如图 1.2 所示[13]。（a）电流 （b）成形轨迹间距
加筋板预应力超声波喷丸成形工艺研究弹丸的有限元数值模型来研究喷丸区域的塑形应变，提出了一种预测多弹丸喷丸后表面形数值算法[14]。2015 年，Rousseau T 等人[15]采用不同的弹丸数量对 690 铬镍铁合金进行超声波喷丸，研同弹丸数量对喷丸后板材表面受喷弹坑及其弹坑深度的影响，之后采用离散元与有限元相成功地对该过程进行模拟。结果表明：随着弹丸数的增加，喷丸次数增加，弹丸冲击速度，弹坑的平均深度随之减小。2016 年，Li L 等人[16]试验研究了超声波喷丸次数对 SUS301 不锈钢显微硬度和表面粗糙影响，得出：随着喷丸次数的增加，零件的表层显微硬度提高，零件的表面粗糙度随之减小次喷丸后，表面粗糙度从 0.694μm 降低到 0.112μm，表面显微硬度从 257.32 HV 增加到 428V，表面形貌随喷丸次数的变化，如图 1.3 所示。剧烈的塑性变形使得材料表面的马氏体的数增加，经过三次喷丸的表面比未经处理的表面具有更好的耐磨性。
【参考文献】
本文编号：2880618
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG66
【部分图文】：
(b) 撞针式超声波喷丸装置图 1. 1 超声波喷丸装置喷丸技术作为具有很好应用前景的表面强化、板料成形和校形技术，相艺方法而言，具有以下优势：声波喷丸可以产生比传统机械喷丸更大的压应力，更深的压应力层，形定厚度的纳米层，实现薄板更大的成形量和校形量和对厚度更大板料和校形的同时提高成形件或校形件的疲劳寿命。声波喷丸通常用尖端曲率半径较小的撞针作为介质，其撞针的材料一般硬度要比传统喷丸的弹丸的要高，撞针直径较弹丸更大。超声波喷丸时零件表面可以一直保持 90°，可以使受喷零件表面受到的撞击更为均的表面粗糙度值相对传统喷丸更小。声波设备简单，成本低，其发生装置尺寸小，能源消耗小；操作简单限制；喷丸过程绿色无污染，采用的撞针式喷丸介质，喷丸后无需对介撞针不易磨损，磨损后的更换也方便快捷。声波喷丸参数可控性好，通过编程可以精确控制喷丸撞击的位置，从而
后板材受到撞针或者弹丸的猛烈的撞击，会在板材表面产生冲大，由于板材受到撞针的高频冲击，板材表层发生剧烈的塑性切向滑移，位错密度得到提高，晶粒得到极大细化，在板材表层，显著提高了受喷零件的耐磨损、耐腐蚀以及疲劳性能[11-12]史学刚等人采用试验方法对 2024T351 铝合金进行数控超声波喷形件表面层性能的影响规律，定性地探讨了喷丸后成形件表面形件表面形成了近 300μm 的硬化层，表面的显微硬度增大了 20糙度增大，偏置距离对成形件表面粗糙度有着很大的影响，超的影响，如图 1.2 所示[13]。（a）电流 （b）成形轨迹间距
加筋板预应力超声波喷丸成形工艺研究弹丸的有限元数值模型来研究喷丸区域的塑形应变，提出了一种预测多弹丸喷丸后表面形数值算法[14]。2015 年，Rousseau T 等人[15]采用不同的弹丸数量对 690 铬镍铁合金进行超声波喷丸，研同弹丸数量对喷丸后板材表面受喷弹坑及其弹坑深度的影响，之后采用离散元与有限元相成功地对该过程进行模拟。结果表明：随着弹丸数的增加，喷丸次数增加，弹丸冲击速度，弹坑的平均深度随之减小。2016 年，Li L 等人[16]试验研究了超声波喷丸次数对 SUS301 不锈钢显微硬度和表面粗糙影响，得出：随着喷丸次数的增加，零件的表层显微硬度提高，零件的表面粗糙度随之减小次喷丸后，表面粗糙度从 0.694μm 降低到 0.112μm，表面显微硬度从 257.32 HV 增加到 428V，表面形貌随喷丸次数的变化，如图 1.3 所示。剧烈的塑性变形使得材料表面的马氏体的数增加，经过三次喷丸的表面比未经处理的表面具有更好的耐磨性。
【参考文献】
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10 彭青;陈光南;吴臣武;罗耕星;王秀凤;;整体壁板激光辅助预应力成形[J];航空学报;2009年08期
本文编号：2880618
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