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鋁合金的時效成形技術(shù)

發(fā)布時間：2016-09-22 瀏覽：6196次

當(dāng)代航空工業(yè)中，**的時效成形技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于鋁合金壁板類零件的制造，特別適合制造飛機(jī)的機(jī)翼。時效成形技術(shù)已有大量的研究和探討。本文介紹了鋁合金的**時效成形技術(shù)。詳細(xì)地闡述了鋁合金時效成形的基本理論、工裝和設(shè)備和工藝。概括了國內(nèi)外研究時效成形工藝、鋁合金時效成形后組織性能及相關(guān)時效成形鋁合金的開發(fā)現(xiàn)狀。提出了鋁合金時效成形的一些未來發(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、密封性好等突出優(yōu)點，已經(jīng)越來越受到當(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)利用專用壓力機(jī)構(gòu)驅(qū)動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，通過逐次的變形累積使得整個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)國家研發(fā)出一種**的整體壁板制造技術(shù)—時效成形技術(shù)。

該整體壁板成形技術(shù)將合金的塑性成形與人工時效相結(jié)合，利用鋁合金在應(yīng)力場和溫度場共同作用下的蠕變行為來獲得滿足形狀并保持良好的組織和性能。實踐證明，時效成形技術(shù)較傳統(tǒng)的壁板制造技術(shù)具有工裝模具簡單、成形精度高和成形質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，適用于尺寸大，曲率半徑大的壁板類零件的制造，又適用于鋁合金等薄板零件的校形制造。特別是對于橫截面不均勻的大尺度機(jī)翼壁板，時效成形是一種方便經(jīng)濟(jì)的制造方法。

由于時效成形對制造整體壁板的**性，西方航空工業(yè)發(fā)達(dá)國家很早就針對時效成形技術(shù)開展了相關(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“時效成形”的跨國聯(lián)合研究項目，希望拓展該成形技術(shù)的運用范圍并研發(fā)適合時效成形的鋁合金。但是，目前我國對時效成形具體的變形機(jī)制尚未明確，也沒有掌握成形過程中應(yīng)力場和溫度場對合金組織和性能的影響關(guān)系，在基礎(chǔ)工藝試驗方面也缺少系統(tǒng)的研究。

1、時效成形機(jī)理

時效成形是一個耦合了應(yīng)力松弛、蠕變和時效強(qiáng)化的復(fù)雜過程。其中時效成形過程中主要發(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。

實際生產(chǎn)中工件加工成形后不可避免地會發(fā)生回彈。而由于時效成形是一種應(yīng)力松弛變形，其變形量小，那么時效成形加工結(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)力相互平衡的過程。當(dāng)彈性恢復(fù)過程結(jié)束時，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。

時效成形中另一部分主要行為就是鋁合金在變形過程中同時發(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。通過改變鋁合金的固溶淬火和時效制度的辦法，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效強(qiáng)化效果，獲得**的綜合性能。

2、時效成形的未來發(fā)展

時效成形技術(shù)是一種很有工程應(yīng)用價值的新技術(shù)，已經(jīng)開始在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用和推廣。但是在時效成形過程中具體的時效成形機(jī)理還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，應(yīng)力松弛的回彈不能精確控制。此外，該技術(shù)過程中各個實驗因素如時效溫度、保溫時間等對時效過程的影響，成形質(zhì)量不穩(wěn)定等問題都制約著該技術(shù)的發(fā)展。未來鋁合金的時效成形更加注重工件的成形精度和合金性能。這就對時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，鋁合金時效成形未來發(fā)展需要突破的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾點:

1) 時效成形形變曲率柔性模具設(shè)計；

2) 時效成形過程的數(shù)學(xué)模擬，精確預(yù)測回彈，實現(xiàn)鋁合金工件的精確成形；

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

4) 開發(fā)新型的適合時效成形的鋁合金。

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