整体壁板电磁“喷丸”成形可行性实验研究

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航空航天工业的高速发展带来的对飞行器高性能的现实需要,促使人们不断改进飞行器的制造水平和大力开发飞行器制造的新方法。整体壁板正是在这一潮流中应运而生,它的出现极大地改变了飞行器的制造效率,提高了飞行器的结构可靠性。整体壁板一般都由铝合金材料制造,为满足飞行器的气动外形,整体壁板一般都需要具有一定曲率的外部曲面。然而在筋条的约束作用下,整体壁板的弯曲常常会导致筋条失稳。电磁成形属于高能率成形技术,电磁成形通过瞬间释放能量的脉冲载荷作用使金属成形,与普通的冲压成形相比,电磁成形有一系列的优点:提高金属的成形极限、有效控制回弹、工艺重复性好、工装简单。   基于本课题组的研究优势,本文将电磁成形技术与喷丸成形技术相结合,提出了电磁“喷丸”成形的构想,并在铝合金平板上进行了可行性实验研究,为应用于带筋壁板上作准备。本文以2024铝合金板料为研究对象提出了电磁“喷丸”直接成形和电磁“喷丸”间接成形两种电磁“喷丸”的实现方案。在电磁“喷丸”直接成形实验未达到预期效果后,最终确定采用具有放大器的基于双面喷丸原理的电磁“喷丸”间接成形。   实验通过投影法在坐标纸上绘制出变形后板料光滑一面的轮廓线,将实验中的各组板料的轮廓曲线作比较,从直观上判断各板料的弯曲程度。然后再通过数显半径规测量中心条带处四个点的曲率半径和相对弧弓高度。将每个板料的曲率半径和相对弧弓高度高度取平均值,根据这些平均值数据来定量的分析板料弯曲程度的变化情况。   本文研究了电磁“喷丸”成形实验间接方案中,电压、板厚、喷丸条带中心间距对铝合金板料弯曲程度的影响,并分析了这些因素对板料弯曲程度的影响的原因。此外,通过对比同一板料两端约束状态去除前后板料的弯曲挠度,发现了导致板料弯曲变形的因素不仅仅是板料减薄,还有板料表层的残余应力的影响。并且后者在大部分板料变形中起主导作用。实验结果表明,经过选取合适的电磁“喷丸”工艺参数后,板料都发生了一定程度的弯曲,而且凸起面保持光滑,符合构成飞行器气动外形的整体壁板的弯曲程度和外表面光滑的要求,为电磁“喷丸”成形应用于整体壁板弯曲成形打下了基础,验证了电磁“喷丸”成形应用于整体壁板弯曲成形的初步可行性。将来通过改装合适的工装,可以将其应用到整体壁板成形的实际环节中。
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