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旋压技术在变截面舱体的应用研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

飞行器中常存在变截面舱体,一般采用管材或铸造毛坯进行机械加工制造。由于舱体为变截面,采用管材制造要求管材壁厚较厚,机加对材料浪费较大,材料利用率低。若采用铸造毛坯制造,需对铸造模具和工艺参数进行多次调试修改,周期长,且毛坯中可能出现气孔、夹杂等缺陷,影响材料性能。旋压技术是局部连续塑性成形工艺,属于回转成形范畴,适宜大径厚比轴对称回转体的塑性成形。采用该工艺得到的薄壁筒形件具有成形精度高、表面光洁度好、材料利用率高等优点[1]。因此,该成形工艺被广泛应用于航空、航天和汽车等领域回转体零件的生产制造[2-3]。旋压工艺更适用于飞行器变截面舱体的制造,它可以提高材料利用率和结构品质、缩短制造周期、降低制造成本。

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1 旋压工艺

旋压成形技术是将金属平板毛坯或预制毛坯卡紧在旋压机的芯模上,由主轴带动芯模和坯料旋转,利用旋轮对坯料施加压力,产生连续、逐点的塑性变形,从而获得各种母线形状的空心旋转体零件的塑性加工方法,简称旋压,如图1所示。旋压加工根据坯料厚度变化情况可分为普通旋压和强力旋压。

  

图1旋压加工过程示意图

1.1 普通旋压

普通旋压是指旋压过程中板厚度基本保持不变,坯料外径有明显的变化,是加工薄壁空心回转体零件的无屑加工过程,主要有拉深旋压、缩口旋压和扩口旋压等[4]。拉深旋压是最常用、最具代表性的成形技术,是以径向拉深为主体而使毛坯直径减小的成形工艺。

1.2 强力旋压

强力旋压又称变薄旋压,是在普旋技术的基础上发展起来的,指成型过程中主要是壁厚减薄而直径尺寸基本不变,属于体积成型范畴[5]。根据旋压件的类型和金属变形机理的差异,可分为剪切旋压和挤出旋压两种。

1)旋压的尺寸精度;

2 在飞行器变截面舱体上的应用

2.1 舱体结构

舱体制造工艺流程如图5所示。旋压之前,先对轧制板材进行退火处理,退火制度为360℃×3.0h。旋压加工仅需8分钟。旋压后对舱体毛坯进行1小时的固溶处理,固溶处理制度如图6所示。初加工完成后对半成品进行4小时的时效处理,时效处理制度如图7所示。经精加工、检验合格后得到舱体成品,如图8所示。

  

图2典型舱体结构

2.2 旋压模具设计

旋压工件的尺寸精度主要受两方面因素的影响:

竖炉整体结构经过多次灌浆,但炉壳及烟囱部位仍易烧红、跑风、冒火,随着燃烧温度的提高,燃烧室压力升高,膨胀加剧,炉墙外侧不能抵挡炉内高温炉料的热负荷冲击,导致炉壳及烟囱产生烧红、变形甚至烧穿,会引起炉内气流的分布不均,进而影响竖炉产能和铜液质量,也严重影响竖炉的安全生产及炉龄。

经有限元分析,模具加热后径向将膨胀0.331mm,铝合金工件成形后,径向冷却到常温,将收缩0.681mm,如图3所示。结合舱体毛坯件需预留0.8mm的机械加工余量,最终确定模具的尺寸为φ171.9mm。设计完成后的舱体旋压模具如图4所示。

2)旋压成形后温度变化造成的变形。旋压的尺寸精度,主要受旋压模具的跳动、旋压模具加热膨胀、工件脱模后冷却收缩等方面的影响。为满足工件的尺寸精度需减小旋压模具的跳动,因此模具加工时需控制其双边跳动不大于0.05mm。旋压温度为350℃,旋压过程中旋压模具和坯料受热发生变形。旋压模具钢的热膨胀系数为11.0×10-6-1,旋压模具加热后,其直径将明显增大。2024铝合金的热膨胀系数为 23.8×10-6-1,旋压成形后,工件的温度下降,其直径将显著减小。

  

图3有限元分析结果

  

图4舱体旋压模具

2.3 工艺流程

飞行器典型舱体结构形式如图2所示,为变截面舱段。舱体材料为2024铝合金。经旋压、机械加工后的舱体成品的外形尺寸和形位公差应满足设计要求,且舱体本体材料需满足屈服强度≥245MPa、强度极限≥350MPa的要求。

采用SPSS22.0软件进行数据处理,计数资料以率 (%)表示,采用X2检验,P<0.05为差异有统计学意义。

  

图5舱体制造工艺流程

  

图6固溶处理制度

  

图7时效处理制度

3 性能分析

3.1 力学性能

在舱体上取样进行力学性能测试,其拉伸性能试验曲线如图9所示。试样屈服应力大于320MPa、强度极限大于430MPa,力学性能与工程手册管材基本一致,并且优于铸造材料力学性能,符合强度性能要求。

3.2 无损检测

对多组舱体进行X射线检查,检查结果如图10所示。各舱体内部无疏松、孔洞、杂质等缺陷。旋压工艺制造的飞行器变截面舱体成品率高、缺陷少、结构品质高。

  

图8舱体成品

  

图9 舱体随炉件试样应力-应变曲线

  

图10 X射线检查结果

4 结论

工艺流程中加入退火、固溶、时效、外形热补偿等处理方法,最终得到的舱体成品外形尺寸和形位公差满足设计要求,舱体本体材料力学性能满足要求且内部无疏松、孔洞、杂质等缺陷。因此,旋压工艺特别适用于飞行器变截面舱体的生产制造。

然而,农产品和有效成分的进口必须符合津巴布韦农业部2012年的《肥料、农场饲料和补救法》,其中包括农药进口、销售和使用的具体规定,该规定禁止在津巴布韦销售未经注册的农药。农药操作人员还必须通过在该国注册并已在该国经营的代表在农业部进行注册。进口公司必须申请进口许可证,并向农药注册处处长确认产品在津巴布韦注册,并注明公司名称、注册号、农药名称、配方及产地。

参考文献

[1]张利鹏,刘智冲,周宏宇.筒形件强力旋压发展过程及其现状分析[J].塑性工程学报,2006(1):43~46.

[2]刘建华,杨合,李玉强.旋压技术基本原理的研究现状与发展趋势[J].重型机械,2002(3):1~4,12.

[3]夏琴香,陈依锦,邱宏扬.旋压技术在汽车零件制造成形中的应用[J].新技术新工艺,2003(9),29~30.

[4]赵琳瑜,韩冬,张立武,王北平,杨延涛,龚军善.典型零件旋压技术成形技术应用发展[J].航天制造技术,2007(2),5~10.

[5]赵云豪.旋压技术现状[J].锻压技术,2015(5):95~100.

 
涂卫军,邬亨贵,罗兵,朱照阳,谢子文
《教练机》 2018年第04期
《教练机》2018年第04期文献

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