【摘 要】
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本世纪以来,航空航天和轨道交通等行业进入了飞速发展时期,企业对用材的强度、抗腐蚀和轻量化等综合性能要求越来越高。纤维金属层板是由金属薄板和纤维材料交替铺层的复合材料,因具有轻质高强、抗冲击性和阻燃性等优点被广泛应用于航空航天和轨道交通等领域。但由于纤维金属层板各层材料性质不同,使用传统成形工艺时易出现分层、破裂等问题,因此寻求一种新型工艺成形纤维金属层板具有较大的应用价值。热态气胀是利用气体形成的
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本世纪以来,航空航天和轨道交通等行业进入了飞速发展时期,企业对用材的强度、抗腐蚀和轻量化等综合性能要求越来越高。纤维金属层板是由金属薄板和纤维材料交替铺层的复合材料,因具有轻质高强、抗冲击性和阻燃性等优点被广泛应用于航空航天和轨道交通等领域。但由于纤维金属层板各层材料性质不同,使用传统成形工艺时易出现分层、破裂等问题,因此寻求一种新型工艺成形纤维金属层板具有较大的应用价值。热态气胀是利用气体形成的高压空间使材料成形的一种工艺,具有效率高、成本低和模具结构简单等优点。本文将热态气胀工艺应用于GLARE层板成形,在一定的温度和压强下将GLARE层板成形为特定形状,通过调整温度和压强对成形后的层板进行固化,实现GLARE层板的制作成形一体化。论文的主要研究内容如下:1、通过有限元软件对GLARE层板进行热态气胀形数值分析和变形规律探究,获得了温度和压强对试件应力、应变、成形深度和壁厚变化率的影响规律:在相同的压强条件下,温度越高,试件整体的应力应变越大,试件中心位置处的厚度变化率越大;在相同的温度条件下,压强越大,试件整体的应力应变越大,试件中心位置处的厚度变化率越大。2、搭建了层板热态气胀成形工艺的专用装置,分别对0.3mm和0.5mm厚度的2024-T3铝合金和不同类型的玻璃纤维预浸料所组成的GLARE板进行热态气胀成形试验,试验结果表明:0.3mm的2024-T3铝合金和环氧树脂玻璃纤维预浸料所组成的GLARE板在成形压强大于4MPa、成形温度为110℃～140℃条件下成形效果良好;0.3mm的2024-T3铝合金和PP树脂玻璃纤维预浸料所组成的GLARE板在成形压强大于3MPa、成形温度为170℃～200℃条件下成形效果良好;0.5mm的2024-T3铝合金和PP树脂玻璃纤维预浸料所组成的GLARE板在成形压强大于4MPa、成形温度为170℃～200℃条件下成形效果良好。通过试验结果可以得出,热态气胀成形工艺可以运用在GLARE层板上。3、通过测厚仪对成形后的试件进行厚度检测,试件中心位置至边缘位置的厚度分布呈现先增大后减小的趋势,试件中心处厚度小于成形前厚度,试件倒角处厚度大于成形前厚度。厚度分布不均匀的主要原因是铝合金减薄和树脂流动,易发生破裂的位置出现在成形件厚度最薄的中心部位。
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