大型铝合金机翼整体壁板加工变形控制技术

铝合金的热处理工艺

铝合金的热处理 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h 以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h 以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。 一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加 工和焊接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除 Al-Si系的ZL102, Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面： 1 ）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力； 2 ）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4 ）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。 二、热处理方法 1 、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si 系合金的部分Si 结晶球状化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300C，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。 2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在 500C以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100C 的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固溶处理或冷处理。 3、时效处理 时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。 合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-P I区）和G-P I区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-P H区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的G-P H区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效强化在室温下进行的时

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定的速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G?P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P（Ⅰ）区。G?P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化－形成G?P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时

铝合金零件的加工变形与工件表面变黑的原因

铝合金零件的加工变形与工件表面变黑的原 因 由于铝合金零件材料热膨胀系数较大，薄壁加工过程中很容易变形。尤其是在采用自由锻毛坯时，加工余量大，变形问题更为突出。 1加工变形的原因 铝合金零件加工变形的原因很多，与材质、零件形状、生产条件、切削液的性能等都有关系。主要有以下几个方面：毛坯内应力引起的变形，切削力、切削热引起的变形，夹紧力引起的变形。 2减少加工变形的工艺措施 (1)降低毛坯的内应力 采用自然或人工时效以及振动处理，均可部分消除毛坯的内应力。预先加工也是行之有效的工艺方法。对肥头大耳的毛坯，由于余量大，故加工后变形也大。若预先加工掉毛坯的多余部分，缩小各部分的余量，不仅可以减少以后工序的加工变形，而且预先加工后放置一段时间，还可以释放一部分内应力。 (2)改善刀具的切削能力 刀具的材料、几何参数对切削力、切削热有重要的影响，正确选择刀具，对减少零件加工变形至关重要。 1.合理选择刀具几何参数。 前角：在保持刀刃强度的条件下，前角适当选择大一些，一方面可以磨出锋利的刃口，另外可以减少切削变形，使排屑顺利，进而降低切削力和切削温度。切忌使用负前角刀具。 后角：后角大小对后刀面磨损及加工表面质量有直接的影响。切削厚度是选择后角的重要条件。粗铣时，由于进给量大，切削负荷重，发热量大，要求刀具散热条件好，因此，后角应选择小一些。精铣时，要求刃口锋利，减轻后刀面与加工表面的摩擦，减小弹性变形，因此，后角应选择大一些。 螺旋角：为使铣削平稳，降低铣削力，螺旋角应尽可能选择大一些。 主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使加工区的平均温度下降。 2.改善刀具结构。 减少铣刀齿数，加大容屑空间。由于铝合金材料塑性较大，加工中切削变

变形铝合金时效热处理相关知识汇总精品

【关键字】台阶、方法、条件、机制、有效、深入、继续、尽快、平衡、良好、加深、发现、了解、研究、措施、稳定、基础、倾向、制度、作用、标准、结构、关系、形成、满足、强化、调整、改善、加快、取决于、提高、转变、减轻、有序化 变形铝合金时效热处理相关知识汇总（1）时效 aging 经固溶处理或冷变形后的合金，在室温或高于室温下，组织和性能随时间延续而变化，硬度、强度增高，塑性、韧性降低的现象。在室温下发生时效称自然时效。高于室温发生时效称人工时效。时效现象除铝铜合金外，在钢、铜合金，铁基、镍基、钴基高温合金中普遍存在，是提高合金强度的重要方法。低碳钢冷变形后在常温长时放置即出现屈服强度提高。硬铝合金经高温(520℃)淬火后在100～200℃时效，可获得最佳的强化效果。马氏体时效钢，沉淀硬化不锈钢，铁基、镍基、钴基高温合金均可在固溶处理后选择不同温度时效处理，可以从中获得最佳的组织和性能。 （2）时效处理 aging treatment 过饱和固溶体合金在室温或加热至一定温度保温，使溶质组元富集或析出第二相的热处理工艺。常温下时效称自然时效。高于室温加热时效称人工时效。时效析出第二相获得强化的现象称时效强化。低于或高于强化峰值温度的时效分别称为亚时效与过时效处理。形变后时效称形变时效或直接时效。在应力下时效称应力时效。强化效果取决于析出第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素。广泛用于铝合金、钛合金、高温合金、沉淀硬化钢、马氏体时效钢等。铝合金时效硬化峰值出现在溶质组元的富集G-P区(Ⅱ)末期。时效处理是强化合金的有效方法，可显著提高合金的强度和硬度，调整时效温度、时间可使合金的组织、性能满足使用要求，获得高的屈服强度、

铝及铝合金热处理工艺

铝及铝合金热处理工艺

1. 铝及铝合金热处理工艺 1.1 铝及铝合金热处理的作用 将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。 1.2 铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理 1.2.1 铝及铝合金热处理的分类（见图1） 图1 铝及铝合金热处理分类 1.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理 (1) 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 ①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。 铝及铝合金热处理 回归 均匀化退火 退火 成品退火 中间退火 过时效 欠时效 自然时效 人工时效 多级时效 时效 固溶淬火 离线淬火 在线淬火 一次淬火 阶段淬火 立式淬火 卧式淬火

②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料 内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 ③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再 结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。 (2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定 的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。 ①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固 溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。 ②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新 加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。 (3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的 过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。自然时效：有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。人工时效：有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。 人工时效可分为欠时效和过时效。 ①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 ②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温 较长的时间状态下进行的时效。 ③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个 阶段进行。

GBT 26492.3-2011 变形铝及铝合金铸锭及加工产品缺陷 第3部分：板、带缺陷解析

变形铝及铝合金板、带缺陷 1范围 本标准规定了变形铝及铝合金板、带产品中常见的缺陷的定义、特征，分析了其产生的原因，并附有相应部分图片。 本标准适用于变形铝及铝合金板、带缺陷的分析与判定。 2缺陷定义、特征、产生原因典型事例 2.1非金属压入 2.1.1缺陷定义及特征 非金属杂物压入板、带表面。 表面呈明显的点状或长条状黄黑色缺陷。 2.1.2产生原因 a）轧制工序设备条件不清净； b）轧制工艺润滑剂不清静； c）工艺润滑剂喷射压力不足； d）板坯表面有擦划伤。 图1非金属压入 2.2金属压入 2.2.1缺陷定义及特征 金属屑或金属碎片压入板、带表面。 压入物刮掉后呈大小不等的凹陷，破坏了压入板、带表面的连续性。 2.2.2产生原因 a）热轧时辊边道次少，裂边的金属屑、条掉在板坯表面后压入； b）圆盘剪切边工序质量差，产生毛刺掉在带坯上经轧制后压入；

c）轧辊粘铝后，其粘铝又被压在板坯上； d）热轧导尺夹得过紧，带下来的碎屑掉在板坯上后被压入。 图2金属压入 2.3划伤 2.3.1缺陷定义及特征 因尖锐的物体（如板角、金属屑或设备上的尖锐物等）与板面接触，在相对滑动时所造成的呈单条状分布的伤痕。 2.3.2产生原因 a）热轧机辊道、导板上粘铝使板、带划伤； b）冷轧机导板、压平辊等有突出的尖锐物； c）精整时板角划伤； d）涂油包装时油中有金属屑带到涂油辊或毛毡上而划伤板面。

图3划伤 2.4擦伤 2.4.1缺陷定义及特征 由于物体间棱与面，或面与面接触后发生相对滑动或错动而在板、带表面造成的成束（或组）分布的伤痕。 2.4.2产生原因 a）板、带在加工生产过程中与导路、设备接触时，产生相对摩擦而造成擦伤； b）冷轧卷端面不齐正，在立式炉退火翻转时产生错动、层与层之间产生擦伤； c）冷轧时张力不当，开卷时产生层间错动而产生擦伤； d）精整验收或包装操作不当产生板间滑动而造成擦伤。 图4擦伤 2.5碰伤 2.5.1缺陷定义及特征 铝板、铝卷与其他物体碰撞后在板、带表面或端面产生的划痕，且大多数在凹陷边际有被挤出的金属存在。 2.5.2产生原因 a）板、卷在搬运或存放过程中与其他物体碰撞产生；

渐进成形在整体壁板制造中的应用

Mac hine Building A utomation ，A ug 2010，39（4）：37 38，75 作者简介：胡铭明（1981—），男，江西南昌人，硕士，助理工程师，主要从事机械设计工作。 渐进成形在整体壁板制造中的应用 胡铭明，高霖，韦红余 （南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016） 摘 要：数控渐进成形工艺是一种新兴的金属板料柔性成形技术。加工过程无需或仅需简单 模具，故可在许多领域得到运用。尝试通过将渐进成形工艺运用于某整体壁板类零件的下半部分，了解到通过增加辅助面，从而增强零件的刚度，可以避免材料因随工具摆动造成破裂，完成此类零件的加工。 关键词：渐进成形；整体壁板；成形中图分类号：TG39文献标志码：B 文章编号：1671- 5276（2010）04-0037-02Application of Incremental Forming Process for Overall Wall Manufacturing HU Ming-ming ，GAO Lin ，WEI Hong-yu （College of Mechanical and Electrical Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ） Abstract ：NC Incremental forming of sheet metal is an innovative and flexible forming．The forming process needs non-die or simple die ，so the process is widely applied．This paper tries to use the incremental forming for bottom half of a overall wall product ’s man-ufacturing．During the process the metal is prevented from breaking because product sways with forming tool and the product ’s stiff-ness is enforced by adding aided surface． Key words ：incremental forming ；overall wall ，forming 0引言 随着现代航空工业的发展，要求在初始设计阶段和后 期的制造阶段，采取新的方法和工艺，在保证甚至提高零件强度的前提下，尽量减轻零件的质量，从而实现飞机的整体要求。 渐进成形加工，是近几年新兴的一种柔性化的薄板成形工艺。与传统的冲压成型不同，它不需要专用模具或仅采用简单模具支撑， 就可以通过数控成形设备成形出成形极限较大，形状复杂的板材零件［1－3］ ，是具有发展前景的新工艺。 渐进成形将复杂的零件模型沿高度方向分解成许多 等高层， 每个等高层中零件的轮廓线为一封闭曲线，数控机床控制成形工具沿着封闭曲线在板料上运动实现每层 的加工通过逐层从而完成整个三维零件的外形加工。 1 常用的整体航空壁板成形方法 1．1 整体壁板的优势 大型整体壁板主要用于飞机机翼和机身，以及地板和 壁板等重要部位，与传统的铆接组合式壁板结构相比，大型整体壁板结构件具有如下优点［4－6］ ：1）由于取消了零件之间连接用的螺栓、铆钉等附件，减轻了飞机整体的质量；2）由于不需要铆接等安装工序，大大减少装配工序的周期和 工作量，减轻劳动强度；3）减少开孔等造成的应力集中，可 提高部件的强度和刚度；4）零件表面没有了铆钉等造成的表面不平，提高整体的气动性能，并能提高装配品质。 1．2 整体壁板常用成形方法 1．2．1 喷丸成形技术 喷丸成形技术是利用高速球丸撞击金属板材的表面， 使受撞击的表面及其紧靠的下层金属材料产生塑性变形而延伸（图1），从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法 ［7－8］ 。 图1喷丸成形原理图 1．2．2 蠕变时效成形技术 蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性，将成形与 时效同步进行的一种成形方法［4］ （图2）。使坯料产生一定的弹性变形，一起保温一段时间，零件上的部分弹性变形将转变为永久塑性变形并保持下来，从而使零件在完成时效强化的同时获得所需外形 ［5，9］ 。 · 73·

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 作者：中国铝板带箔信息中心日期：2006-12-16 点击数：284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。

第6章8.1整体壁板

第6章整体壁板（喷丸加工） 一、概述 二、整体壁板的毛坯 三、整体壁板的加工 四、整体壁板的成形 一、概述 何为整体壁板? 是由整块板坯制成的飞机整体结构承力件，整体壁板的结构要素（如长桁、蒙皮加强垫板等）之间无任何连接，一般构成飞机的气动外形。 无加强筋的整体壁板又称整体厚蒙皮。 优点 1. 设计方面： ——等强度设计，强度/重量比高，刚性好 ——疲劳寿命长 ——外形准确，表面光滑 ——简化油箱的密封，空间利用率高 2. 工艺方面 ? 简化了互换性，减轻了装配劳动量提高了装配精度 ? 缩短生产准备周期 ? 提高劳动生产率 问题 ?加工设备增加 ?毛坯的制造周期长，费用高 ——成本增加 ?产生裂纹后扩展较快 ——“破损安全性”差 二、整体壁板的毛坯制造 目前应用的整体壁板主要为铝合金制成。制造整体壁板毛坯的方案很多，其中主要有：1、热模锻制造毛坯

2、挤压毛坯 3、自由锻板坯或用热轧平板做毛坯 4、特种铸造 * 各种整体壁板毛坯的比较 1、热模锻毛坯 ——热模锻毛坯 它的优点是生产率高，锻件有连续的纤维组织，晶粒致密，强度高。 它可以制造复杂的纵横或扇形分布的筋和肋条，可以同时制造出对接接 头。 但模锻需要吨位极大的机床，锻模制造也很困难，周期长劳动量大。 2、挤压毛坯 ——挤压毛坯 它的优点是能得到比模锻更大的壁板，与模锻相比较，这种方法所需的设备功率较小，模具制造费用较低，生产效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位， 需表面修整外，不需进一步加工。 毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平设备限制，模具寿命低。 3、自由锻毛坯和热轧平板

——自由锻毛坯和热轧平板 它的优点是厚板供应来源广，而且允许设计者较自由地布置筋条和凸台，生产准备周期短，能适应机种迅速改变，制造精度及光洁度较高。 其缺点也是非常明显的，即加工量大，材料利用率很低（一般仅为10%左右），需配备大型高效率切削机床。 4、特种铸造 ——特种铸造 对尺寸不大，有敝开斜角内肋，而当壁板厚度大于2~4 mm时，可以采用挤铸和低压铸造法制造整体壁板毛坯。 无可否认，由于铸造金属机械性能较差，使铸造整体壁板的应用受到限制。 * 毛坯的校平与消除残余内应力 供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消除残余应力及探伤检验等等工序。 其中校平与消除残余应力是影响整体壁板加工效率和质量的重要环节。 消除残余内应力最有效的办法是在厚板淬火后经过1.5~2.5%变形程度的拉伸校正，然后经过自然或人工时效处理再送去加工。 三、整体壁板的加工 常见的加工方法有两种： ——机械加工（NC加工） 机械加工方法通常是先加工而后成 形。（由于先成形后加工较困难）。 ——化学铣切 利用化学铣切无切削力的特点，整体壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切。 1．整体壁板的机械加工 加工整体壁板的金属切削机床在早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床以及摇臂铣床等改装而成，它们一般均采用真空夹具，它的特点是施压均

某型飞机整体壁板设计

某型飞机整体壁板设计 【摘要】整体壁板是现代先进飞机的重要结构件，从整体壁板的结构特点出发，介绍了整体壁板的结构形式和分类，重点阐述了某型飞机整体壁板蒙皮厚度的计算方法、筋条布置的原则和间距的计算方法，另外还介绍了整体壁板加工方法。 【关键词】整体壁板结构特征；整体壁板设计；整体壁板加工方法 1、引言 随着飞机性能的不断提高，对飞机结构的气动外形和整体性的要求也越来越高，而且随着市场多元化的发展，进一步降低制造成本，使产品更加具有竞争力，是许多飞机制造厂商面临的主要问题。 2、整体壁板结构特性 飞机的壁板通常是用蒙皮和纵向、横向加强零件靠铆接、胶接、焊接、螺接等装配而成。这种装配式壁板的刚度、强度、密封性都较差。后来，为了减轻结构重量，逐渐改用整体壁板代替装配壁板，即壁板的蒙皮、加强凸台、下陷、筋条等架构要素之间没有任何机械连接。 作为飞机上最主要的一类零件——整体壁板，它既是构成飞机气动外形的重要组成部分，同时也是机身、机翼等的主要承力构件。因此先进飞机的整体壁板不仅具有复杂的双曲率外形，同时还具有复杂的内部结构，如整体加强凸台、口框、肋、筋条等。这样的零件结构既可以达到满足外形的要求，同时又可以达到减少零件数量、减轻重量和提高使用寿命的目的。 整体壁板主要用于飞机机身、机翼、地板和油箱等重要部位，与传统的铆接式壁板相比，整体壁板结构件有以下优点： （1）可以减轻结构重量。同一个部件，在保证同样刚度和强度的情况下，由于减少所含零件及紧固件的数量，整体壁板比铆接壁板结构重量轻15%～20%。 （2）可以提高整体油箱密封性。由于没有蒙皮与长桁连接的钉孔（或螺栓孔），大大减少油箱的渗漏几率，而且可以减少密封材料的用量，一般比铆接结构减少密封用胶量80%。 （3）可以提高结构的疲劳寿命。由于紧固件用量少，净截面面积大于铆接壁板，从而提高结构的疲劳寿命，同时还可以承受较高的压缩屈服载荷。 （4）可以缩短装配周期。由于减少了零件和紧固件的数量，从而减少67%

铝合金构件的变形矫正方法大全(清晰整齐)

铝合金构件的变形矫正方法大全，附有实例 目前铝合金在产品加工制造行业被广泛应用。铝合金产品在加工制造过程中由于受到外力或焊接应力的影响，通常会产生一定程度的变形，这些变形通常都要进行矫正，而使其符合产品质量要求。实践证明，多数变形的构件是可以矫正的。矫正的原理都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。在生产实际过程中普遍应用的矫正方法，主要有机械矫正、手工矫正和火焰矫正，因此要针对产品不同的结构和变形程度合理选择最佳的矫正方法，以获得最佳的矫正效果。 铝合金构件变形的原因 （1）原材料在加工过程中产生的变形由于原材料在挤压生产过程中产生的残余应力而引起的变形。如：挤压过程中冷却速度不一致、挤压设备调试失常等。 （2）在产品制造过程中产生的变形主要原因是外力影响。如剪切过程中产生的剪切挤压应力、热切割过程中热胀冷缩产生的收缩应力等。 （3）焊接过程中产生的变形主要原因是焊缝周围产生的横向和纵向收缩应力，通常称为焊接应力引起的变形。 （4）构件变形的实质不论构件发生何种变形，其主要原因都是由于其内部存在不同程度和不同形式的残余应力，使其结构组织中一部分纤维变长受到周围的压应力，另一部分纤维变短受到周围的拉应力，从而造成了金属材料的变形。 矫正原理及常用方法 矫正的原理就是通过外力或局部加热，使得较长的纤维缩短，较短的纤维伸长，最后使得各层的纤维长度趋于一致，或达到我们要求的纤维长度，从而消除变形或使变形减少到规定的范围之内。 各种矫正方法在现场使用过程中要根据其构件结构特点、变形形式、工件大小等不同情况做相应的选择，必要时还需采取多种矫正形式相结合的综合矫正法。其

中火焰矫正是应用最为广泛的一种方法，其对于大型构件和自身强度较大构件的变形矫正效果最好，但火焰矫正也是一门较难掌握的矫正方法，如加热位置、温度控制、冷却方式不当还会造成构件新的更大变形，甚至导致产品的报废。因此，火焰矫正作业人员除要有丰富的实践经验外，还需掌握铝合金的热处理性能。 铝合金构件变形矫正方法 （1）机械矫正铝合金型材和8mm以上厚板常见的矫正设备是压力机。一般来说，板材越厚越容易矫平，越薄的板材矫正起来越困难。在采用机械矫正时需在受力部位加垫板，以避免材料表面产生压伤。用压力机进行矫正通常是针对型钢单一方向的弯曲变形。通常还要配有专用垫块和压块，以保证受力方向稳定，同时避免材料表面压伤保证矫正质量，如图1、图2所示。 （2）手工矫正对于变形较小的局部变形可采用手工矫正。手工矫正的效果取决于对锤击部位、击打工具及击打方式的正确选择。

铝合金热处理工艺

铝合金热处理工艺 作者:中国铝板带箔信息中心日期:2006-12-16 点击数:284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4,6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100,200?)内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的

数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度,温度关系，可用铝铜系的Al,4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3,1铝铜系富铝部分的二元相图，在548?进行共晶转变L?α，θ(Al2Cu)。铜在α相中的极限溶解度5.65,(548?)，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05,。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程: 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区,G?P(?)区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P(?)区。G?P(?)区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化,形成G?P(?)区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P(?)区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P(?)区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P(?)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P(?)区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1:2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基

铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法

铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法 一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。 一、薄壁件加工变形因素分析 薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面： 1、工件材料的影响 铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。 2、毛坯初始残余应力的影响 薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。 3、装夹方式的影响 在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。 4、切削力和切削热的影响 切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。在切削加工过程中，刀具与工件之间的摩擦所作的功，材料在克服弹性、塑性变形过程中所做的功绝大部分转化为加工中的切削热，从而导致工件的各部分的温度差，

常用变形铝合金退火热处理工艺规范标准

常用变形铝合金退火热处理工艺规 1 主题容与适用围 本规规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2 引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规 《热处理手册》91版 3 概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质加热、保温、冷却，通过改变材料表面或部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类 车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4 准备工作 4.1 检查设备、仪表是否正常，接地是否良好，并应事先将炉膛清理干净； 4.2 抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量； 4.3工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位，应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5 一般要求 5.1 人员： 热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗5.2 设备 5.2.1 设备应按标准规要求进行检查和鉴定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标： 当给定温度t≤400℃时，温度总偏差为±5℃； 当给定温度t＞400℃时，温度总偏差为±(t/10)℃。 5.2.3 加热炉的热电偶和仪表选配、温度测量、检测周期及炉温均匀性均应符合QJ 1428的Ⅲ类及Ⅲ类以上炉的规定。 5.3 装炉 5.3.1 装炉量一般以装炉零件体积计算，每炉零件装炉的有效体积不超过炉体积一半为准。 5.3.2 零件装炉时，必须轻拿轻放，防止零件划伤及变形。 5.3.3堆放要求： a.厚板零件允许结合零件结构特点，允许装箱入炉进行热处理，叠放时允许点及较少的线接触，避免面接触，叠放间隙不小于10mm. b.厚度t≤3mm的板料以夹板装夹，叠放厚度≤25mm，零件及夹板面无污垢、凸点，零件间、零件与夹板间应垫一层雪花纸，以防止零件夹伤。 5.3.4 装炉后需检查零件与电热原件，确定无接触时，方可送电升温，在操作过程中，不得随意打开炉门； 5.3.5 加热速度：变形铝合金退火的加热速度约13℃～15℃/秒，例如加热到410℃设定时间为0.5小时。

有限元法在机翼整体壁板成形中的应用

文章编号:1004-132Ⅹ(2002)02-0134-03 有限元法在机翼整体壁板成形中的应用 康小明　博士 康　小　明 摘要:喷丸是现代飞机机翼整体壁板成形的首选方法,但喷丸成形参数 的选择在很大程度上依赖于实验数据和操作经验,耗时费资。有限元方法的应用可部分解决这一难题。分析了喷丸成形的变形特点,介绍了H omer 的有限元设计方法、Levers 的比拟法及笔者使用的变形等效模拟法,并对3种方 法各自的特点进行了比较。 关键词:整体壁板;喷丸成形;有限元设计;有限元模拟中图分类号:V261 文献标识码:A 收稿日期:2001—08—15 喷丸成形的机理相当复杂,人们至今尚未完全知晓。喷丸成形参数的选择在很大程度上依靠 实验数据和操作经验,通常采用试喷渐进的方法,耗时费资。在采用C NC 喷丸后,这一问题更急需解决。有限元方法应用于喷丸成形,将有助于问题的解决。有限元方法在喷丸成形中的应用有两条途径,即有限元模拟和有限元设计。 按照喷条方式,喷丸可分为全面喷丸和窄条喷丸。全面喷丸方法可成形具有复杂气动外形的机翼壁板,如在弦向有弯曲而在展向有弯折的机翼壁板外形曲面。窄条喷丸是国内应用广泛的一种成形单曲率壁板和蒙皮的方法。其要领是沿翼面的等百分线对壁板进行宽度特别窄的、条带形的展向喷丸;并且,在每个条带的喷射区内,喷丸参数随壁板的整体状况和喷丸弹着区局部状况的不同需作调整。H omer [1]的有限元设计法和Levers [2]的比拟法以全面喷丸为研究对象,而笔者 使用的变形等效模拟法以窄条喷丸为研究对象。 1　喷丸成形的变形效果 喷丸成形时, 大量的弹丸以高速撞击金属板 的表面,形成无数的压坑,使一定深度的表层金属产生延伸,从而引起受喷表面的面积加大。同时,由于材料为一整体,金属板只有产生弯曲变形才能使各层纤维趋于平衡。在这一成形过程中,金属板发生了弯曲作用,表现为横向的挠度;同时受喷金属板面内尺寸增大,产生延伸作用。图1显示了喷丸引起的这两类变形,平板在喷丸成形后成形为球面,弯曲变形引起的挠度见图中,面内延伸为圆弧A ′B ′与直线段AB 长度之差。 图1　喷丸引起的两类变形 对受喷金属板进行分析,可以发现金属板的 受喷表层和未受喷表层具有残余压应力,而中心层具有残余拉应力。金属板的残余应力σ(z )由三部分组成(见图2)。 σ( z )=σS (z )+σF (z )+σB (z ) (1) 式中,σS (z )为喷丸引起的应力;σF (z )为平衡金属板均匀 延伸的应力;σB (z )为平衡金属板纯弯的应力。 图2　喷丸成形的残余应力分解 在此假设金属板各处受到等强度的喷丸,并 忽略局部区域的塑性变形。将σF (z )和σB (z )表示为合力F 及合力矩M 的适当形式,并对式(1)进行推导,可以得到 ∫ h σS (z )d z =F (2)∫ h σS (z )(h/2-z )d z =M (3) 式中,h 为金属板的厚度。 由式(2)和式(3)可见,喷丸引起的效果可表示为两个力的作用:对应于拉伸的合力F 及对应于纯弯曲的弯矩M 。当喷丸不均匀时,σS 是x 、 y 的? 431?中国机械工程第13卷第2期2002年1月下半月

铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法

铝及铝合金热处理工艺与产品状态表示法 ―――刘静安教授 06年11月 1、 铝及铝合金热处理工艺 1.1 铝及铝合金热处理的作用 将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。 1.2 铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理 1. 2.1 铝及铝合金热处理的分类（见图1） 图1 铝及铝合金热处理分类 1.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理 (1) 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 ①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。

②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 ③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。 (2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。 ①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。 ②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。 (3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。 有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效，有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。 人工时效可分为欠时效和过时效。 ①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 ②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。 ③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。 可分为二阶段、三阶段时效 (4)回归处理：为了提高塑性，便于冷弯成形或矫正形位公差，将已淬火时效的产品，在高温下加温较短的时间即可恢复到新淬火状态叫回归处理。 1.2.3 铝合金材料的的热处理制度