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22 中国航空制造技术研究院
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2024年 第67卷 3期
刊出日期：2024-02-01
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——激光增材制造
 
       本期电子刊
1 本期电子刊
2024 Vol. 67 (3): 1-116 [摘要] ( 65 ) HTMLNew PDF (240888 KB)  ( 349 )
       本期封面
1 本期封面
2024 Vol. 67 (3): 1-1 [摘要] ( 34 ) HTMLNew PDF (1170 KB)  ( 669 )
       本期目录
6 本期目录
2024 Vol. 67 (3): 6-8 [摘要] ( 32 ) HTMLNew PDF (426 KB)  ( 130 )
       专稿
14 金属钨小孔电火花–电解复合能场加工工艺研究
张彦，陈超
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.014
钨具有一系列优良的物理化学性能，可以满足航天材料的性能要求，已广泛应用于卫星、飞机及航空发动机等设备的一些关键部件。在使用传统加工技术制造零件时，加工过程通常受到零件和刀具界面处发热、弹性和塑性变形、高刀具磨损率及工件材料特性改变等问题的限制。电火花加工（EDM）技术是导电材料最有效的加工工艺之一，但对于金属钨小孔的制造，现有的电火花加工工艺可靠性和加工效率仍无法满足加工需求。提出在具有一定电导率的盐溶液下电火花– 电解复合能场加工金属钨小孔的方法，分析加工时材料去除的机理，该方法利用电解作用在工具电极端产生氢气并形成气膜，促进两极之间等离子体放电通道的快速形成。开展了加工工艺优化试验，分析不同参数对加工特性的影响规律。在脉冲宽度3 μs、脉冲间隙20 μs、峰值电流14.17 A、工作液浓度18 g/L 的NaNO3电解液下获得了高效率高质量的金属钨小孔。
2024 Vol. 67 (3): 14-22 [摘要] ( 112 ) HTMLNew PDF (11821 KB)  ( 161 )
       封面文章
24 航空发动机GH3230高温合金层板结构TLP扩散焊接制备及力学性能研究
曲文卿，张斯涵，吕彦龙，滕俊飞，汪淼，杨文静，庄鸿寿
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.024
随着更高推重比需求的不断提高，航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料，更需要冷却效率更高的结构形式，本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200 ℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构，测试了层板结构模拟件的焊接质量和接头力学性能。超声检测结果表明，层板模拟件所有柱形结构（扰流柱）与底板（冲击板）焊接完好，未发现任何缺陷。焊缝形成了均匀的固溶体组织，无任何化合物相、裂纹和孔洞缺陷存在。室温/950 ℃高温拉伸测试结果表明，层板板柱结构模拟件和GH3230高温合金棒材对接结构全部断裂在GH3230 高温合金基体，焊缝强度均明显高于GH3230高温合金。高温拉伸断裂试件的延伸率高达52%，薄板焊缝90° 三点弯曲后无开裂，微观观察无裂纹等缺陷，表明了焊缝具有优异塑性。优异的焊接质量和性能保证了焊缝结构
承受高温载荷时能达到GH3230高温合金基体的传热和承力性能，避免了焊缝成为整个层板结构薄弱环节。
2024 Vol. 67 (3): 24-29 [摘要] ( 107 ) HTMLNew PDF (7860 KB)  ( 124 )
       论坛——激光增材制造
32 小熔池激光沉积制造薄壁件沉积宽度的模型预测及试验研究
钦兰云，林鹏翔，杨光，王雨时，周思雨
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.032
将激光沉积制造的热物理过程与薄壁件的几何特性相结合，基于层间沉积过程中的能量守恒关系建立了可以适配于小熔池激光沉积制造薄壁件沉积宽度的预测模型。该模型详细阐述了沉积宽度与激光功率、扫描速度与送粉速率之间的关系。利用Ti–6Al–4V（TC4）粉末沉积制备了多组样品来进行预测模型的验证，结果表明，该模型可以准确地预测不同工艺参数下薄壁件的沉积宽度，提高了试验参数匹配的准确性与效率，并为小熔池激光沉积制造工艺成形精度控制奠定了理论基础。
2024 Vol. 67 (3): 32-37 [摘要] ( 90 ) HTMLNew PDF (7090 KB)  ( 81 )
38 增材制造多孔结构的冲击性能研究
岳学峥，梁坤义，陆松浩，唐胡林
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.038
多孔结构由于具有较好的比强度、能量吸收等特点，已经广泛运用于航空航天装置、生物医疗器械等方面。而多孔结构的力学性能在很大程度上取决于其结构单元的变形机制，因此充分了解多孔结构在受到冲击载荷过程中的结构演化是至关重要的。本文利用3D Voronoi技术设计了80% 与90% 孔隙率的十四面体（Octa）结构，通过选择性激光熔化（SLM）成形技术制备了两种孔隙率下铝合金多孔结构的样品，并进行了落锤冲击试验，以探究在受到冲击载荷下不同孔隙率多孔结构的能量吸收情况，在有限元模拟中通过X 射线透射电脑断层成像（XCT）重建多孔结构的几何模型，以探索多孔结构的实际变形机制和孔隙破裂的机理。研究结果表明，多孔结构的能量吸收随孔隙率的增加而减小，高孔隙率的多孔结构更容易在较弱的位置形成多个局部密实区，同时单胞壁的弯曲与屈服一般是发生在孔隙的坍塌期间，而变形往往是通过形成几个狭窄的塌陷带进行传播。本文对Octa结构受到冲击载荷的变形机理有了全新的认识，这对多孔结构的抗冲击设计和能量吸收评估具有重要意义。
2024 Vol. 67 (3): 38-44,54 [摘要] ( 78 ) HTMLNew PDF (15333 KB)  ( 168 )
45 热处理对选区激光熔化制备的点阵结构性能影响研究
聂云飞，唐倩，李坤，王浩宇，吴海斌，王彬生，秦昌亮，杨震，石佳
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.045
选区激光熔化（SLM）技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象，通过数值仿真和试验相结合的方法，分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明，固溶时效热处理后钛合金中α + β相均匀分布，固溶温度的增加会使片状α' 相马氏体逐渐减少而β 相增多；不同热处理状态下片状结构压缩强度为骨架结构的1.81~2.17 倍，平台应力为后者的3.1 倍，但两者弹性模量相当，同时热处理工艺对骨架结构力学性能影响较小而对片状结构影响较大；两类结构都表现出了45°结对角剪切断裂和断裂带传递的现象；骨架结构能量吸收效率远大于片状结构，但累积能量吸收量较低，热处理工艺没有提高被测结构的吸能性能。
2024 Vol. 67 (3): 45-54 [摘要] ( 79 ) HTMLNew PDF (29192 KB)  ( 103 )
55 热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织的影响
王继浩，刘凯歌，张雪峰，谢印开，李怀学
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.055
为揭示GH3230高温合金的激光选区熔化增材成形性，研究了热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织及拉伸性能的影响。结果表明，激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态存在凝固微裂纹，该裂纹在XOY截面呈现龟裂特征，在ZOY截面呈现线状；热等静压之后，激光选区熔化增材制造GH3230高温合金的一部分微裂纹可以消除，另一部分较长的微裂纹难以消除。激光选区熔化增材制造GH3230 高温合金沉积态组织基本为片状固溶体组织，在晶界附近存在少量析出碳化物；热等静压之后，在晶界附近析出大量的MoWCr 碳化物，而晶内析出MoWCr碳化物数量多且尺寸较小。凝固微裂纹导致激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态XY方向抗拉强度及延伸率降低，而热等静压能减小大尺寸微裂纹，消除小尺寸微裂纹及气孔，可大幅提高XY方向的抗拉强度和延伸率。
2024 Vol. 67 (3): 55-61 [摘要] ( 97 ) HTMLNew PDF (20646 KB)  ( 139 )
       研究论文
62 空间管件自由弯曲成形工艺策略研究
宋朝阳，吴建军，吴为，徐鑫良，刘龙，喻忠平
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.062
基于空间管件自由弯曲成形原理，将成形管件划分为稳定段和过渡段部分，并分别对两部分进行成形工艺分析，以获得空间管件自由弯曲成形工艺策略。针对稳定段，分析了空间螺旋管的底圆半径和螺距与弯曲模偏移量和夹钳扭转速度之间的映射关系，并使用BP神经网络对空间螺旋管的成形工艺参数进行了预测，通过测试发现弯曲模偏移量的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为1.08%，夹钳扭转速度的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为3.4%；针对过渡段，采用正交设计试验研究了空间管件成形过渡时的弯曲模偏移量和夹钳扭转的加载模式对管件成形的影响，得到过渡段弯曲模和夹钳扭转的加载时间为0.9 s。结合以上分析，建立了基于一次等效逼近、二次优化的管件自由弯曲成形工艺获取策略，并通过实例成形验证其可行性和有效性。
2024 Vol. 67 (3): 62-74 [摘要] ( 91 ) HTMLNew PDF (12077 KB)  ( 96 )
75 基于直线轨迹的激光跟踪仪测量精度测试方法
张甜，缪东晶，李连福，杨玲，王国磊，傅奕劼，赫明钊，李建双，刘洋
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.075
激光跟踪仪测量技术广泛应用于装配、制造等多个领域。为研究激光跟踪仪测量精度，研制了一套以光栅尺采集值为参考，通过多轴运动控制器实现电机运动控制、光栅尺采集、激光跟踪仪测量三者同步触发的坐标测量精度测试系统。对系统重复定位精度与激光跟踪仪同步触发坐标测量精度分别进行了试验。结果表明，系统重复定位误差在[–4.0 μm，4.0 μm] 之间。3 台不同型号激光跟踪仪在切向方向上与目标反射镜的距离为[2.7 m，3.4 m] 时，其坐标测量误差随速度变化分布在[–23 μm，988 μm]之间。激光跟踪仪在径向方向上与目标反射镜的距离为[1.5 m，3.8 m] 时，其坐标测量误差随速度变化分布在[5 μm，915 μm] 之间。
2024 Vol. 67 (3): 75-82,114 [摘要] ( 103 ) HTMLNew PDF (5115 KB)  ( 263 )
83 超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷
付冬欣，林莉，张书宁，罗忠兵
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.083
针对碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer, CFRP）缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题，采用仿真与试验相结合的方法，开展聚四氟乙烯（PTFE）夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型，对比模拟与试验得到的A 扫描时域信号，证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm，厚度0.03 ~ 0.40 mm的PTFE 夹杂和厚度0.03 ~ 0.85 mm的富树脂缺陷，模拟得到超声A 扫描信号，分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示，随着缺陷厚度增加，PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势，但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂，其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。
2024 Vol. 67 (3): 83-88 [摘要] ( 97 ) HTMLNew PDF (2626 KB)  ( 242 )
89 双头螺柱脱扣失效原因分析及装配工艺优化
付玄，孙惠斌，刘自成，徐广庆，童浩
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.089
针对目前某型航空发动机中介机匣单元体上双头螺柱松动脱扣问题，从安装强度、外加载荷、制造缺陷等方面进行全面的故障原因分析和排查，得出主要原因为自锁螺母分解力矩大于相配双头螺柱的安装力矩；其次流道高温、机体振动都将进一步加剧双头螺柱的疲劳失效，并在此基础上提出基于温差及振动组合方式的双头螺柱装配工艺方法，即首先对螺柱进行加热处理，然后在拧紧过程中对螺柱添加轴向高频振动。通过对比试验及应用验证，双头螺柱的平均脱扣失效故障率从21.6%降低至3.2%，证明上述工艺方法能有效提高双头螺柱装配质量，在不破坏螺纹牙配合质量的情况下增加双头螺柱的安装强度及稳定性，从而大幅度减小双头螺柱脱扣失效情况的出现，保证了航空发动机试验及飞行过程中的安全性和可靠性。
2024 Vol. 67 (3): 89-95 [摘要] ( 78 ) HTMLNew PDF (16393 KB)  ( 90 )
96 热压罐成型典型制造缺陷对复合材料的力学性能影响研究
戎笑远，潘利剑，岳广全，刘佳，刘卫平，王安威
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.096
利用热压罐成型制备了含有不同参数的面外褶皱试验件和分层试验件，分别对试验件进行拉伸、压缩、短梁剪切和三点弯曲试验，并对试验后样件的断裂形貌进行观察分析，探究了面外褶皱和分层对复合材料综合力学性能的影响和破坏机理。结果表明，面外褶皱使复合材料的拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了约47%、77%、23% 和49%，且面外褶皱的起皱层数对力学性能的影响要比尺寸显著；分层会使复合材料的压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了24%、38% 和15%，而对拉伸强度的影响不大。
2024 Vol. 67 (3): 96-105 [摘要] ( 86 ) HTMLNew PDF (21227 KB)  ( 134 )
106 钛合金铣削加工中MQL参数优化与切削性能研究
戎杰，牛秋林，高航，荆露，唐思文，张深圳
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2024.03.106
微量润滑（MQL）铣削过程中，系统工艺参数对刀具–切屑和刀具–工件间接触界面的冷却润滑效果影响显著。本文通过有限元仿真分析了铣刀高速旋转扰动的空气流场对MQL喷射角度的影响以及切削区压力影响下的切削液渗透机理。然后，以钛合金TC4为工件材料、油膜附水滴（OoW）为润滑介质，通过正交试验研究微量润滑系统喷射角度、喷射距离和润滑油流量对铣削力的影响规律，获得油膜附水滴微量润滑（OoWMQL）系统最佳工艺参数为：喷嘴俯角30°、喷射距离10 mm、润滑油流量135 mL/h。基于此，采用OoWMQL系统最优工艺参数，开展干式铣削和水基微量润滑（WMQL）铣削下切削速度、每齿进给量对钛合金切削性能的影响研究。结果表明，相比干式铣削，WMQL方法对铣削力的改善效果较弱，而OoWMQL 方法在所有参数下均明显降低了铣削力，且降低幅度最高可达50% 左右。此外，采用OoWMQL方法可显著降低表面粗糙度，抑制划痕和粘屑等表面缺陷的产生，有效提高钛合金的切削加工性。
2024 Vol. 67 (3): 106-114 [摘要] ( 69 ) HTMLNew PDF (30905 KB)  ( 182 )
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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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