超塑成形
關(guān)注創(chuàng)建者：Taylor 創(chuàng)建時間：2015-12-12
超塑成形的實(shí)例教程
3、鋁鋰合金的先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢
1 超塑成形及擴(kuò)散連接技術(shù)
超塑成形及超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)（SPF及SPF/DB）是利用材料的超塑性，對形狀復(fù)雜 、難以加工的薄壁零件，采用吹塑、脹形等方法進(jìn)行成形的過程，是一種幾乎無余量 、低成本、高效的特種成形方法。鋁鋰合金與其他超塑材料一樣可以通過合金化或者機(jī)械熱處理獲得均勻、細(xì)小、等軸晶而產(chǎn)生超塑性能。鋁鋰合金的SPF研究始于1980年，在1982年的范堡羅國際航空展覽會上英國超塑性成形金屬公司首次演示了鋁鋰合金的超塑性現(xiàn)象及其超塑F零件。美國Weldalite049合金具有異的超塑性，在507℃固溶處理，不加反壓 ， 4×10-3 應(yīng)變速率下，延伸率可達(dá)829%。這一應(yīng)變速率明顯高于其他鋁合金的應(yīng)變速率 ， 這對解決超塑工藝速度低的問題有重要意義。俄羅斯已經(jīng)對1420采用SPF工藝加工了許多飛機(jī)的零部件，有的尺寸達(dá)1200mm×600mm。國內(nèi)航天材料及工藝研究所、北京航空制造工程研究所等科研單位針對鋁鋰合金的SPF及SPF/DB組合工藝進(jìn)行了大量的開拓性工作, 取得了很多成果。目前，鋁鋰合金的超塑成形正由次承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件發(fā)展，并且由單一的超塑成形向超塑成形/擴(kuò)散連接的組合工藝發(fā)展，使鋁鋰合金加工成本更低，結(jié)構(gòu)更具整體性、輕質(zhì)量。
剪切旋壓
2 旋壓技術(shù)（Spin Forming）
旋壓技術(shù)是一項(xiàng)綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲等工藝特點(diǎn)的少無切削加工的先進(jìn)工藝 。 剪切旋壓是近年來在傳統(tǒng)旋壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型旋壓技術(shù)，它不改變毛坯的外徑而改變其厚度來實(shí)現(xiàn)制造圓錐等各種軸對稱薄壁件的旋壓方式( 錐形變薄旋壓)。這種成形方法的特點(diǎn)是旋輪受力較小，半錐角和壁厚互相影響，材料流動流暢，表面粗糙度好和成形精度高，并且能較容易地成形、拉伸、旋壓難于成形的材料。
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目前兩層結(jié)構(gòu)寬弦空心風(fēng)扇葉片的制造工藝路線可總結(jié)為：
1）擴(kuò)散連接-常規(guī)塑性成形-超塑成形按照預(yù)定毛坯設(shè)計先通過擴(kuò)散焊接獲取整體空心平板毛坯，之后利用熱成形模具對毛坯進(jìn)行常規(guī)塑性成形及氣脹蠕變成形，材料需要經(jīng)歷至少 3 次加熱循環(huán)。
2）常規(guī)塑性成形-熱等靜壓擴(kuò)散連接首先通過常規(guī)塑性成形獲取具有葉片曲面外形的葉盆及葉背側(cè)面板，之后機(jī)加工出面板空心結(jié)構(gòu)，最終通過擴(kuò)散焊接使已經(jīng)具有彎扭形狀的葉盆以及葉背側(cè)面板連為一體。材料需要經(jīng)歷至少 2 次加熱循環(huán)，不需要進(jìn)行超塑成形。
英國羅羅公司取得了蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)葉片的成功后繼而提出三層結(jié)構(gòu)寬弦空心風(fēng)扇葉片，具體成形工藝為首先對外部面板和中間芯板預(yù)定區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散連接，之后將三層板放入模具中，在超塑性狀態(tài)下外層面板完全貼膜成形，中間芯板發(fā)生延展變形與面板連接組成了一種質(zhì)量輕且承力 特性好的三角形桁架結(jié)構(gòu)。羅-羅公司采用這種工藝生產(chǎn)了 Trent 800 發(fā)動機(jī)的空心風(fēng)扇葉片。后來 Varela 等又提出了改進(jìn)的三層結(jié)構(gòu)空心風(fēng)扇葉片成形工藝，先將外板和中心板進(jìn)行彎曲和扭轉(zhuǎn)熱成形，之后再進(jìn)行擴(kuò)散連接以及超塑性成形。
展開 沖壓件的工藝和設(shè)備正在不斷發(fā)展，除傳統(tǒng)的使用壓力機(jī)和鋼制模具制造沖壓工件外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新的高度。
在沖壓件生產(chǎn)方面，是有一些具體的知識及內(nèi)容的，所以需要我們來進(jìn)行學(xué)習(xí)、了解與掌握，以便對沖壓件生產(chǎn)有全面和具體的認(rèn)識，并能夠很好進(jìn)行實(shí)際操作，以便來生產(chǎn)出質(zhì)量好的沖壓件，使其有良好的使用性能。
就目前來說，關(guān)于沖壓件的生產(chǎn)流程主要可以分為四部分：
1.根據(jù)使用材質(zhì)、以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等，來進(jìn)行沖壓件變形補(bǔ)償量的合理和正確確定。
2.根據(jù)已確定好的補(bǔ)償量，來進(jìn)行相關(guān)模具的設(shè)計，然后是沖壓出半成品或是成品。
3.按照工藝要求將加工半成品加工至成品。。
4.對沖壓好的半成品或成品進(jìn)行進(jìn)一步加工，主要是檢查有無缺陷問題，或者是一些不良現(xiàn)象，比如起皺、拉傷和裂紋等。還有，成品厚度是否均勻，以及其成型效果是否良好等。如有問題，應(yīng)及時處理解決
另外，對于沖壓件生產(chǎn)過程中的攻牙和螺紋加工，其會涉及到的方面，主要是有內(nèi)螺紋、外螺紋這兩個方面。對于內(nèi)螺紋，一般是進(jìn)行鉆底孔直徑，以及上的加工，其中對于底孔尺寸，主要是根據(jù)螺紋規(guī)格來確定尺寸。而對于外螺紋，則是進(jìn)行螺紋刀車削，或者是板牙套絲等。此外，在這一過程中，應(yīng)注意一些具體問題，比如尺寸不統(tǒng)一，以及螺紋規(guī)檢驗(yàn)不合格等。
展開 沖壓生產(chǎn)的工藝和設(shè)備正在不斷發(fā)展，除傳統(tǒng)的使用壓力機(jī)和鋼制模具制造沖壓件外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新的高度。特種沖壓成形工藝尤其適合多品種的中小批量(甚至是數(shù)十件)零件的生產(chǎn)。對于普通沖壓工藝，可采用簡易模具、低熔點(diǎn)合金模具、成組模具和沖壓柔性制造系統(tǒng)等，組織多品種的中小批量零件的沖壓加工。
總之，沖丈夫具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率高、操作簡單、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化等一系列優(yōu)點(diǎn)。采用沖壓與焊接、膠接等復(fù)合工藝，使零件結(jié)構(gòu)更趨合理，加工更為方便，可以用較簡單的工藝制造出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。
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超塑成形的最新內(nèi)容
航空超塑成形仿真6個月前
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門向南研究了TC4三層板結(jié)構(gòu)的超塑成形的最佳壓力加載路徑，證明1×10-3 s -1為最佳成形應(yīng)變速率。高慶峰研究了三層和四層結(jié)構(gòu)的空心葉片 SPF/DB工藝過程，得出了芯板厚度、摩擦系 數(shù)、加強(qiáng)筋數(shù)目和單元算法對成形的影響規(guī)律， 指出在超塑成形時，選取芯板厚度應(yīng)比面板厚度要薄。徐偉采用有限元計算研究優(yōu)化了四層板 結(jié)構(gòu)空心葉片的超塑性成形工藝參數(shù)并制得葉片試驗(yàn)件。
針對等溫鍛造、超塑成形等新工藝，利用滑塊和模具空間，構(gòu)建溫度可控加熱環(huán)境，將鍛造、沖壓工藝和熱處理工藝進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
5、噪聲低。智能液壓機(jī)簡化了傳動系統(tǒng)，降低了噪聲。通過設(shè)定滑塊的低噪聲運(yùn)動曲線有助于降低沖裁噪聲，與傳統(tǒng)的沖裁相比，新型的兩步?jīng)_裁工藝可降低噪聲至少10dB。
6、節(jié)能效率高。伺服液壓機(jī)采用直接傳動，傳動環(huán)節(jié)大大減少，潤滑量減少，可維護(hù)性強(qiáng)。
用超塑成形工藝生產(chǎn)空心葉片，然后在溫度近1000°C的熔爐中，用氬氣使鈦材料膨脹。外側(cè)的兩片鈦板膨脹，中間層則被拉伸成Z字形，最終形成三維空心結(jié)構(gòu)，使葉片非凡強(qiáng)韌。
在此過程中，羅羅用先進(jìn)攝像機(jī)觀測數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)。每片葉片的測量精度達(dá)40微米，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的一半。
沖壓件的工藝和設(shè)備正在不斷發(fā)展，除傳統(tǒng)的使用壓力機(jī)和鋼制模具制造沖壓工件外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新的高度。
典型應(yīng)用:
? 板料重力加載、壓邊圈合模, 深拉伸
? 回彈預(yù)測及模面補(bǔ)償
? 修邊和刺破
? 翻邊和包邊
? 液壓成形
? 電磁成形和溫?zé)岢尚?? 超塑成形
? 抗凹評估
? 修邊廢料滑出
? 碳纖維零件成形的一步法分析
(a) 增量法
(b) 一步法
增量法與一步法的結(jié)果比較
北京航空制造工程研究所已將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)鈦合金承力構(gòu)件制造，并采用激光焊接技術(shù)替代板擴(kuò)散連接技術(shù)，在國內(nèi)率先開展了鈦合金超塑成形/激光焊的多層結(jié)構(gòu)制造工藝研究。波音公司和華盛頓州立大學(xué)聯(lián)合也開發(fā)了超塑成形和激光焊接的組合工藝，通過激光焊接方法可以更加靈活的構(gòu)造芯板圖案，大大提高生產(chǎn)效率、降低成本。
用超塑成形工藝生產(chǎn)空心葉片，然后在溫度近1000°C的熔爐中，用氬氣使鈦材料膨脹。外側(cè)的兩片鈦板膨脹，中間層則被拉伸成Z字形，最終形成三維空心結(jié)構(gòu)，使葉片非凡強(qiáng)韌。
在此過程中，羅羅用先進(jìn)攝像機(jī)觀測數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)。每片葉片的測量精度達(dá)40微米，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的一半。用機(jī)器人掃描葉片表面，建立三維虛擬模型，用于確定所生產(chǎn)的葉片之間是否有任何差異。
為此美國鋁業(yè)公司及力拓-加鋁鋁業(yè)公司（2009年剝離交通鋁材板塊組建肯聯(lián)鋁業(yè)公司）都做了大量工作：以整體機(jī)加件代替鍛件或由一些零件裝配而成的結(jié)構(gòu)部件，研發(fā)機(jī)翼的高溫時效成形的高強(qiáng)度鋁合金的快速超塑成形，開展可焊鋁合金和鋁合金摩擦攪拌技術(shù)的研究，以優(yōu)質(zhì)鑄造鋁合金生產(chǎn)形狀復(fù)雜的精密鑄件，研發(fā)低成本高性能的鋁-鋰、鋁-鈧合金，以及開展鋁基合材料的研究等。
3.5 超塑成形
由于鎂合金的性質(zhì)獨(dú)特， 所以用常規(guī)變形方法來鍛造鎂合金難度很大。21 世紀(jì)以來，美國和日本的科學(xué)家都對鎂合金的超塑成形技術(shù)進(jìn)行了卓有成效的研究，并且取得了一定的成果。研究表明：在特殊條件下鎂合金具有超塑性， 甚至極其復(fù)雜的零件也完全可以一次成形。
隨著當(dāng)今社會的發(fā)展， 鎂合金的研究開發(fā)會逐漸加深，其應(yīng)用也會變得更加廣泛，這都與它的優(yōu)越性是密不可分的。
