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22 中国航空制造技术研究院
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2023年 第66卷 9期
刊出日期：2023-05-01
封面文章
专稿
研究论文
本期目录
本期封面
本期电子刊
论坛——超塑成形/扩散连接
 
       本期封面
1 本期封面
2023 Vol. 66 (9): 1-1 [摘要] ( 116 ) HTMLNew PDF (603 KB)  ( 127 )
       本期电子刊
1 本期电子刊
2023 Vol. 66 (9): 1-120 [摘要] ( 91 ) HTMLNew PDF (13218 KB)  ( 215 )
       本期目录
6 本期目录
2023 Vol. 66 (9): 6-8 [摘要] ( 115 ) HTMLNew PDF (406 KB)  ( 112 )
       专稿
14 基于解耦计算的多步快速成形有限元法
鲍益东，席洁，秦雪娇，刘永财
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.014
钣金零件是构成飞机机体和汽车车身的重要零部件。为缩短钣金件的生产周期，将有限元法用于零件设计初期评估零件的可制造性。为提高现有板料成形有限元法的计算效率，同时保证模拟精度，在一步快速成形有限元法的理论基础上，研究多步快速成形有限元法，通过引入中间构形的方式来考虑板料成形过程中加载路径与变形历史的影响。中间构形的构造是多步快速成形有限元法的关键，采用解耦思想将中间构形分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的过程进行计算。在弯曲变形阶段，不考虑材料的流动，根据板料与模具之间的位置关系计算获得滑移约束面；在拉伸变形阶段，材料的流动限制在滑移约束面上，通过应力平衡迭代以及节点修正后获得中间构形。以典型的钣金零件为例进行成形模拟，与现有商业有限元软件在计算精度和效率上进行对比，验证了该算法的可行性和有效性。结果表明，所提出的算法能够快速地构造出合理的中间构形，且能够准确地预测零件的成形性和厚度分布。
2023 Vol. 66 (9): 14-22 [摘要] ( 220 ) HTMLNew PDF (10065 KB)  ( 136 )
       封面文章
24 钛合金空心点阵超塑成形/ 扩散连接成形工艺和性能研究
赵冰，杨毅，李志强，慕延宏，刘胜京，张斌，张超，孙朝阳，刘杨，王新筑，褚兴荣，韩数
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.024
钛合金空心点阵是典型的承载– 功能一体化结构，采用单轴拉伸方法，在不同温度、应变速率条件下测定TA15、TA32 钛合金的超塑拉伸延伸率，最大延伸率分别达到1450% 和950%，后在不同温度、压力条件下进行扩散连接试验。根据超塑拉伸和扩散连接试验，确定了超塑成形和扩散连接（Superplastic forming/diffusion bonding，SPF/DB）的最佳工艺参数为： 920 ℃/1.5~2.0 MPa/2 h，制备了不同构型和几何参数的TA15、TA32钛合金空心点阵结构件。采用平压方法和三点弯曲方法测定了钛合金空心点阵的力学性能，压缩和弯曲强度最大值分别达到23.83 MPa、596 MPa，通过有限元和试验分析的方法，研究了几何参数对钛合金空心点阵平压和弯曲性能的影响规律。采用单面加热方法，研究了钛合金空心点阵结构的隔热性能，在400 ℃/1 h 条件下，隔热温差达到276.3~310 ℃。
2023 Vol. 66 (9): 24-35 [摘要] ( 328 ) HTMLNew PDF (30662 KB)  ( 144 )
       论坛——超塑成形/扩散连接
38 放电等离子扩散焊技术研究现状
静永娟，刘烨，刘士伟，廖敏行，蔡泽云，贺建超
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.038
放电等离子扩散焊（Spark plasma diffusion bonding，SPDB）是借鉴放电等离子烧结过程中脉冲电流促进塑性变形和原子扩散等原理，综合了温度场– 力场– 电场对材料进行焊接，是一种高效、绿色、节能的新型扩散焊技术。放电等离子扩散焊适合于异种金属材料、难熔金属、高温陶瓷材料的焊接，在航空航天、核电，以及高端医疗装备等领域有较大的应用潜力。简述了放电等离子扩散焊技术的基本原理和设备构成，脉冲电流对界面原子扩散和界面物相形成的作用机制，对国内外学者将放电等离子扩散焊应用于材料连接的研究进行了详细介绍，最后对放电等离子扩散焊技术的未来趋势进行了展望，针对该技术的发展现状和存在的问题给出了发展方向和建议。
2023 Vol. 66 (9): 38-54 [摘要] ( 219 ) HTMLNew PDF (80553 KB)  ( 137 )
55 超塑成形设备技术现状与发展
李保永，周迎涛，韩维群，秦中环，张铁军，陈海建
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.055
超塑成形技术是一种利用材料的超塑性大变形能力制造薄壁复杂构件的先进成形技术。超塑成形及超塑成形/ 扩散连接过程中的工艺参数变量多，参数同步性控制要求高，一般在专用超塑成形设备上进行，可更方便实现坯料温度、工模具温度、变形区、变形速度、变形应力等关键参数控制。传统超塑成形设备压制单向性、功能集成度不够、自动化程度低等，远不能满足科研生产的需要。因此，本文重点阐述了近年来出现的多向加载、“气– 液”耦合控制、自动上下料3 种超塑成形设备新功能。随着先进制造技术、信息技术等的集成和深度融合，超塑成形设备将朝着大型化、清洁化、自动化、多能场复合化及专用化等方向进一步发展，并将进一步改善超塑成形技术的生产效率及应用范围。
2023 Vol. 66 (9): 55-62 [摘要] ( 242 ) HTMLNew PDF (13018 KB)  ( 282 )
63 NiAl 合金锥筒内压胀形–原位反应一体化成形工艺研究
黄钟森，秦锦涛，薛帅兵，林鹏
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.063
针对NiAl 合金板坯制备及复杂薄壁构件二次成形困难的技术难题，提出一种成形与原位反应一体化成形新工艺制造NiAl 合金薄壳件，即先将Ni 箔与Al 箔交替堆叠置于模具中，再在固体颗粒介质作用下塑性成形，然后使成形后的Ni/Al 叠层薄壳件继续停留在模具中，在固体颗粒介质压力作用下加热使Ni/Al 叠层发生原位反应合成NiAl 合金，从而制得NiAl 合金薄壳件。采用扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）对构件微观组织进行表征，并对其高温力学性能进行测试。结果表明，采用该方法制得的NiAl 合金锥筒由单一NiAl 相构成，厚度方向上粗晶层与细晶层交替排布，为典型的双峰组织，无孔洞等缺陷。构件硬度为317HV 且分布均匀，1000 ℃抗拉强度为71 MPa，延伸率可达74%。
2023 Vol. 66 (9): 63-67,74 [摘要] ( 108 ) HTMLNew PDF (10520 KB)  ( 116 )
68 TA15 钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/ 扩散连接工艺
彭鹏，刘太盈，蒋少松，侯晨睿，张晋源，李阳，杨尚，韩聪，卢振
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.068
在应变速率为0.001 s–1、0.005 s–1、0.01 s–1，温度为880 ℃、900 ℃、920 ℃、940 ℃的条件下对TA15 钛合金进行了高温拉伸试验，材料在920 ℃以上、0.005 s–1 以下的延伸率可超过500%，具有优异的超塑性能。计算了TA15 钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s–1 时，不同温度下的应变敏感性指数m 值和材料常数K 值。通过超塑成形/扩散连接（SPF/DB）工艺，采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析，并获得了气压加载压力 – 时间曲线。在温度为920 ℃时，采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件，最小壁厚为0.31 mm，采用超声波C 扫描对零件的扩散面积进行分析，结果表明，焊合率高于95%。
2023 Vol. 66 (9): 68-74 [摘要] ( 139 ) HTMLNew PDF (5859 KB)  ( 500 )
75 TA15 钛合金超薄中空四层结构超塑成形/ 扩散连接一体化成形及精度控制
张晋源，秦立东，刘太盈，蒋少松，彭鹏，李阳
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.075
本文采用TA15 钛合金热轧薄板作为原材料，探究超薄中空四层结构的超塑成形/ 扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15 钛合金的超塑变形行为进行研究，获得了超塑成形过程的应力– 应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟，对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究，为后续超塑成形/ 扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm 的超薄中空四层结构，其中面板最大减薄率为18.6%，芯板最大减薄率为55.1%，芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1% ~ 98.5%。TA15 钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状，平均晶粒尺寸小于5 μm，经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。
2023 Vol. 66 (9): 75-84 [摘要] ( 156 ) HTMLNew PDF (22067 KB)  ( 113 )
       研究论文
86 TA32 钛合金板材的超塑胀形性能研究
范荣磊，武永，吴迪鹏，邱佳阳，陈明和
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.086
通过开展高温气胀成形试验研究了TA32 钛合金板材在不同应变路径下的超塑胀形性能。采用4 种具有不同短长轴比的椭圆模具实现不同的双拉应变路径，并将试样的轧向和横向分别平行于模具的长轴方向以分析变形各向异性。基于非关联流动准则下的Barlat’89 屈服准则以及胀形试样顶点处的应变分量、壁厚和曲率半径，确定了不同应变路径下的等效应力– 应变曲线。结果表明，TA32 板材的超塑胀形性能具有显著的应变路径依赖性，当应变路径从等双轴拉伸转变为近平面应变时，板材极限胀形高度减小，减薄率和峰值应力增加，延伸率降低，成形性能下降。同时，TA32 板材在高温双拉条件下表现出明显的力学性能各向异性。当板材轧向与第一主应变方向平行时，材料具有更低的峰值应力和更高的塑性，表现出更好的成形性。
2023 Vol. 66 (9): 86-92 [摘要] ( 142 ) HTMLNew PDF (6084 KB)  ( 370 )
93 CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差研究
邱建平，陈金祥，周莹，孟宪本，杨选宏，郭飞燕
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.093
螺旋铣孔是航空航天领域装配孔加工的一种新型加工工艺，与传统钻孔工艺相比，具有加工质量好、制孔效率高、刀具成本低等优势。在进行碳纤维复合材料（CFRP）/ 钛合金（Ti）叠层构件螺旋铣孔时，由于两种材料特性差异巨大，易导致层间出现孔径偏差，影响制孔精度，成为螺旋铣孔技术应用过程中亟须解决的关键问题。基于便携式螺旋铣孔单元搭建了试验装置，开展了CFRP/Ti 叠层构件螺旋铣孔工艺试验，分析了CFRP/Ti 叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差的形成原因，提出了通过改变螺旋铣孔工艺参数和铣削方式减小CFRP/Ti 叠层构件层间孔径偏差的工艺方法，并进行了试验验证。结果表明，变工艺参数加工可使层间孔径偏差有效降低，不超过0.02 mm。
2023 Vol. 66 (9): 93-98,111 [摘要] ( 183 ) HTMLNew PDF (6862 KB)  ( 108 )
99 钛合金水助激光打孔试验研究
王佳佳， 斌，袁臣虎，于爱兵，张文武
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.099
为了提高激光打孔的质量，采用水助激光扫描加工方法对钛合金进行激光打孔试验研究，通过响应曲面法设计试验，研究了各加工参数对孔径和孔锥度的影响关系。结果表明，对孔径的影响程度由大到小依次为激光器电流、脉冲频率和水泵电压；对孔锥度的影响程度由大到小依次为脉冲频率、激光器电流和水泵电压。当优选激光器电流33.6818 A、脉冲频率30.6818 kHz、水泵电压12.6818 V 时，孔入口直径最小、孔出口直径最大、孔锥度最小。同时，还发现水助激光加工通孔直径大于空气中加工，但孔锥度减小了33.2%。
2023 Vol. 66 (9): 99-111 [摘要] ( 165 ) HTMLNew PDF (19391 KB)  ( 182 )
112 碳纳米管面向航空功能应用需求的研究进展
谢为
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.09.112
碳纳米管具有优异的力学性能，同时还拥有高电导率、高热导率、阻燃性等功能优势，有望在航空领域多个功能方向得到广泛应用。本文根据碳纳米管面向航空领域各功能方向的应用需求，综述了碳纳米管在导电结构和电磁屏蔽、航空用复合材料结构健康监测、复合材料电加热固化、飞机机翼电热除冰和阻燃复合材料中的研究进展情况，分析了碳纳米管在各种功能应用中的优势和不足。结果表明，碳纳米管及其宏观体在各类功能应用中表现出极大的潜力，但仍需要其大尺寸、低成本制备技术，高质量稳定性控制技术等作为其功能应用的强有力支撑。
2023 Vol. 66 (9): 112-118 [摘要] ( 193 ) HTMLNew PDF (15144 KB)  ( 128 )
  编辑部公告
22 《航空制造技术》被EI数据库收录★
22 《航空制造技术》被中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录
22 《航空制造技术》入选中国科技核心期刊
22 《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告（2024）来源期刊
22 《航空制造技术》入选中国科技期刊卓越行动计划二期（2024—2028年）
22 《航空制造技术》位居航空航天学科科技核心期刊第3名
22 《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录（2023版）》
22 《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
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  版权信息  
主管：中国航空工业集团有限公司
主办：中国航空制造技术研究院
地址：北京市朝阳区朝阳路一号院
邮编：100024
电话：010-85700465
在线投稿:http://www.amte.net.cn
国际标准刊号：ISSN1671-833X
国内统一刊号：CN11-4387/V
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