航空航天领域钣金成形技术——时效成形技术

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时效成形技术

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 时效成形原理

时效成形技术或蠕变时效成形技术是在20世纪50年代初期为成形整体壁板零件而发展起来的一项技术,即利用金属的蠕变特性,将成形与时效同步进行的一种成形方法。其基本的成形过程是将机械加工淬火后的金属零件坯料通过一定的加载方式固定在具有一定外形型面的工装上使之产生一定的弹性变形,然后将零件和工装一起放入加热炉内,在零件材料的人工时效温度内保温一段时间,材料在此过程中受到蠕变、应力松弛和时效机制的作用,在保温结束并去掉工装的夹持后,所施加到零件上的部分弹性变形将转变为永久塑性变形并保持下来,从而使零件在完成时效强化的同时获得所需外形。

与喷丸成形技术相比,时效成形技术具有如下特点:①时效成形零件的内部残余应力几乎被完全释放,成形后零件的尺寸稳定性好,抗应力腐蚀能力高。此外,对于焊接整体壁板,还可有效降低焊接残余应力。②成形零件表面质量高,外形光顺,各零件之间外形一致性好,可有效提高装配质量。③成形效率高、工艺重复性好。采用模具来保证外形精度,避免了以经验为主的人工校形所带来的外形差异。④ 成形和材料时效强化同时完成,可以有效降低零件制造周期和成本。

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时效成形A380机翼右上壁板

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时效成形激光焊接/搅拌摩擦焊整体壁板

欧美等先进国家很早就开展了对时效成形技术的相关研究,并已用于飞机整体壁板的成形,如B—1B上下蒙皮壁板、弯流IV和弯流V的复合曲面上翼面蒙皮和大力神IV火箭正交格栅结构的成形中。其中所成形的B-1B的机翼整体壁板,当时被认为是飞机工业史上所成形的最大最复杂的机翼壁板。该零件材料为Al2124和Al2419, 长度为15.24m,根部宽2.74m,外端0.9m,厚度有突变,从2.54mm变到63.5mm,且展向有整体加强桁条。采用热压罐时效成形后的壁板表面光滑,形状准确度高,装配贴合度可控制在0.25mm以下。

民用飞机的应用方面,空客、波音和麦道的部分早期机型已经采用该项技术,如MD82、A330/340和A380等大型民用飞机的整体壁板制造中,采用时效成形技术制造的A380飞机机翼上壁板材料为Al7055,零件长33m,宽2.8m,变厚度3~28mm,成形后外形贴合度≤1mm。

欧盟于2002年2月专门启动了时效强化型合金及时效成形工艺技术研究项目——AGEFORM,总经费达500万欧元,通过开发新时效成形损伤容限合金及具有改进的时效成形性合金板材,将时效成形工艺引进到结构部件的制造中,特别是下机翼蒙皮、机身壁板及复杂形状零件(尤其是整体加筋板)和搅拌摩擦焊连接的更大型、更复杂的整体次装配件。采用时效成形的焊接机身整体壁板模拟件,该模拟件的蒙皮与筋条之间采用激光双光束焊接,蒙皮和蒙皮之间采用搅拌摩擦焊。

 

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