薄铝合金蜂窝面板成形鼓动形成机理以及抑制技术研究

随着航空工业的发展，新一代飞机对轻量化和整体化提出了更高的要求，越来越多的金属蜂窝胶接复材结构被应用在现代飞机的结构中。金属蜂窝胶接复材结构的面板需要采用薄板来成形尺寸较大的浅拉深件，成形精度要求高。新淬火态铝合金毛料由于厚度较薄，其内应力分布不均形成的鼓动对成形后零件的精度有着重大影响，如何减少并改善毛料内应力的不均匀是解决蜂窝面板成形鼓动的前提。本项目以薄板淬火残余应力的产生机理为核心，在保持材料所必须的强度和组织性态前提下，以抑制薄板变形鼓动为目标，以淬火工艺参数、多向预拉伸和工艺筋槽为手段，借助理论分析、试验研究以及有限元模拟全面研究并揭示蜂窝面板新淬火态毛料残余应力的产生与抑制机理。项目主要特色在于依据薄板翘曲变形特点对残余应力进行逆向模拟表征，借助试验确定合理淬火工艺参数；以多向预拉伸量、工艺筋槽结构和分布为主要变量，建立新淬火状态毛料塑性成形过程残余应力分布预测与控制模型。

蜂窝面板零件成形过程中的鼓动问题决定着蜂窝复材组件的胶接质量，影响着飞机整体结构的可靠性。本项目对薄铝板淬火工艺参数、淬火残余应力抑制参数及橡皮囊成形工艺等影响零件成形鼓动问题进行了试验研究与理论分析。此外为了预防起皱，还对毛坯展开设计方法进行了相关研究。通过淬火工艺参数的试验研究得出了淬火的最佳工艺参数。提出了依据薄板翘曲变形特点对残余应力进行逆向表征的方法,据此得到了薄铝板淬火后残余应力的分布规律。对淬火残余应力抑制研究发现，主预拉伸量为1.8%的平面应变状态下预拉伸残余应力消减最好，此参数在工厂中得到了实际应用，取得了良好的经济效益。橡皮囊成形鼓动研究表明，法兰鼓动缺陷形成是周向压应力造成的，薄板鼓动缺陷高度随板料时效时间增加而增加，随成形压力增加而减少；对凹槽结构分析表明，筋槽圆角过渡系数与筋槽深度是影响橡皮囊鼓动的主要因素。