【摘 要】
：
整装轻量化是提高航天器承载能力的重要关键技术,而高比强度材料和整体化结构是实现轻量化的两个重要途径。拉杆作为飞行器的重要承力连接构件,对零件轻量化和机械性能有较高要求。传统拉杆制造方法是将缩口成形后的零件与其他技术的复合,这种复合工艺不但制造周期长、工序多、效率低,而且成形出的拉杆接头强度低、质量重、使用寿命短。针对这些问题,本文提出了钛合金薄壁管缩口增厚成形工艺,采用在管坯增厚区进行攻螺纹的方式
论文部分内容阅读
整装轻量化是提高航天器承载能力的重要关键技术,而高比强度材料和整体化结构是实现轻量化的两个重要途径。拉杆作为飞行器的重要承力连接构件,对零件轻量化和机械性能有较高要求。传统拉杆制造方法是将缩口成形后的零件与其他技术的复合,这种复合工艺不但制造周期长、工序多、效率低,而且成形出的拉杆接头强度低、质量重、使用寿命短。针对这些问题,本文提出了钛合金薄壁管缩口增厚成形工艺,采用在管坯增厚区进行攻螺纹的方式与其他部件连接,取代传统复杂焊铆工艺,实现拉杆整体化和轻量化制造。因此,本文以直径20mm、壁厚为1mm的TA18钛合金薄壁管作为缩口增厚成形研究对象。具体研究内容和成果如下:根据缩口增厚成形工艺原理和力学分析,管材成形过程中易在无支撑的传力区失稳起皱,以及在缩口区发生材料堆积的缺陷。由于真实的材料本构关系是有限元分析是否可靠的关键,因此本文在600℃～800℃、应变速率为0.001s-1～0.1s-1范围内对TA18钛合金管进行了高温拉伸实验。结果表明TA18钛合金材料流变应力与温度呈反比和应变速率呈正比;升高温度和降低应变速率,都能有效提高TA18钛合金材料的延伸率。基于DEFORM有限元软件,建立TA18钛合金管等温和差温缩口增厚成形有限元模型;通过分析模拟结果得到等温成形时的管坯各变形区的温度都保持一致,而差温成形时管坯温度主要集中在增厚区;零件在差温成形所受的应力要比等温成形高,而且在无支撑的传力区更易失稳起皱;温度影响着壁厚分布,温度越高管壁增厚越明显;根据对零件加工要求,发现差温成形工艺更适合钛合金薄壁管缩口增厚成形。为了验证模拟结果的可靠性,在缩口增厚成形原理和有限元模型的基础上,进一步对成形实验模具和相关辅助工装部件展开了研究;针对工艺的温度分布不同设计了等温成形装置和差温成形装置;以及一套能够实时检测管坯变形区温度的测温设备。通过对差温与等温缩口增厚成形实验的研究分析,实验结果验证了有限元模型的有效性。并研究了不同工艺参数对管材差温成形的影响,结果表明成形温度过低导致管材失稳起皱,而温度太高则管坯材料易堆积在缩口区;管坯的厚度与进给量呈正相关;进给速度越慢材料变形抗力越小,增厚区的壁厚分布越均匀。此外,通过分析对比成形零件的不同部位的组织,相比传力区,变形区材料组织晶粒细化明显,且分布均匀致密,材料强度和稳定性得到较大提升。
其他文献
开孔泡沫铝是一种多孔轻质的功能材料,其性能由孔的结构性能和基体材料性能叠加构成,因其优异的性能广泛应用于各行各业。以聚氨酯泡沫为母体的石膏型精密铸造法是制备开孔泡沫铝主要方法之一,该方法制备的开孔泡沫铝孔隙率可达98%以上。泡沫铝孔支柱的力学性能是影响泡沫铝综合性能的主要因素,然而高孔隙率导致孔支柱通常较细小且端面多为三角形,这导致其力学性能差,极大地限制了其应用范围。为提高该类开孔泡沫铝的力学性
由于广布疲劳损伤是导致航空事故的重要原因之一,其中多位置损伤（Multiple Site Damage）是广布疲劳损伤的主要形式,而多位置损伤MSD裂纹具有检测困难、存在时间长、扩展时间短的特点。在飞机的主导裂纹上,或主导裂纹的扩展方向上一旦出现较小的多位置损伤裂纹,则飞机结构件的剩余强度就会被大幅度降低,使之无法经受持续的循环载荷。因此,研究多位置损伤裂纹的萌生及其多裂纹扩展行为显得十分重要。本
铍铜合金具有高强度、高硬度、高导电率等特点,是综合性能很好的铜合金。目前国内外科研人员关于铍铜合金的研究主要集中在高铍铜合金（1.6%～2.0%Be）,但高铍带来优良的力学性能的同时,也给生产、加工带来诸多问题。因此,尽量降低Be含量是铍铜合金的发展趋向。但Be含量降低又会致使合金的力学性能显著降低,尤其对低铍铜而言强度和导电性这一对相互矛盾的性能更是很难两者同时兼顾。因此在尽可能满足低铍和不损失
选区激光熔化（SLM）是以粉末材料为基础的一种增材制造技术。铺粉工艺是整个打印流程的第一步,也是后续激光扫描的基础。粉末性质很大程度上影响了粉末层质量,进而影响最终产品质量。因此,为了提高粉末层质量以及了解更多铺粉机理,本文采用离散元（DEM）与计算流体力学（CFD）研究了粉末层成形过程及其对熔道质量的影响。主要研究内容如下:（1）首先,以成形区粗糙表面作为新的铺粉基板,研究了铺粉过程中成形区的表
增材制造被认为是新一轮工业革命的驱动力,受到了世界各国的广泛关注。传统选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）只有一个激光,加工效率较低,成为限制其工业化应用的主要原因之一。选区多激光熔化可以显著增加制造零件效率,扩大其应用范围,对于推进SLM技术提高其效率和工业化应用具有重要的意义。但是对于多激光技术计算流体动力学（Computational Fluid Dynam
Al-10Si合金由于其比强度高和良好耐磨损和耐腐蚀等性能,广泛用于汽车零件上,但随着科技的进步对材料性能的要求也越来越高,传统的Al-10Si合金性能难以满足生产需求。通过添加增强体可以强化材料的性能,石墨烯具有优异的力学和物理性能,作为金属基复合材料的增强体受到广泛关注。因此,制备石墨烯增强Al-10Si复合材料具有重要研究意义。本文采用超声分散和机械球磨法将石墨烯分散到铝粉中,再通过搅拌铸造
铝锂合金具有密度低、比强度高、比模量大、焊接性能与耐蚀性能优良等突出特点,已成为制造航空航天产品的重要部件材料,如机身蒙皮和机翼面板。这些飞机部件在服役过程中会遭受沙尘、雨水、机械载荷和热冲击的耦合作用,使蒙皮抗疲劳与耐蚀性能迅速下降。激光冲击强化技术是一种新型有效的高能表面形变强化技术。该技术通过产生高能高压冲击波使得2060铝锂合金产生超高速率变形,可有效改善材料表面的微观组织、提高材料的力学
以Nd、Pr等低丰度稀土制备的第三代稀土永磁材料因优异的磁性能,广泛应用于工业电机、电子设备、智能机器人和医疗器械等科技领域。Nd、Pr等稀土在稀土永磁中的消耗约占稀土总消耗量的40%,不利于稀土资源的综合使用,而高丰度稀土La和Ce仅作为副产品开发,处于供过于求的市场积压状态,如何提高La及Ce在稀土永磁中的利用率是学者们关注的焦点。本文从Ce价态调整、成分优化、微观结构调控等角度,研究制备了高
晶粒组织的细化已被证明可以有效提升奥氏体不锈钢的综合力学性能。然而,晶粒细化对奥氏体不锈钢点蚀行为的影响规律及其作用机制目前还没有统一认识,尤其晶粒细化对不锈钢自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和点蚀电位的影响规律存在许多相互矛盾的研究报道。这可能归结于不同研究中采用了不同的组织细化工艺,引入了除晶粒尺寸以外的其它影响因素。为此,现采用高能球磨+热等静压烧结制备出具有不同晶粒尺寸完全再结晶的不锈钢,以最大
迫在眉睫的能源短缺和环境问题促使人类开发新能源,而电催化水分解被认为是生产氢能最有潜力的技术之一。作为最先进的高活性催化剂,Ir O2、Ru O2等贵金属基电催化剂能显著降低阳极析氧反应过电位。然而,因为其昂贵的价格和较差的稳定性,阻碍了工业化电解水制氢进程。因此,开发高性能非贵金属基电催化剂是目前研究的热点。由多主元金属构成的高熵合金具有独特的物理化学性质,具有丰富的活性中心、强烈的协同效应和熵