西北工业大学飞机钣特种成形课件

飞行器制造工程系
特种成形
一、高能成形
工艺参数 —药形
1.
爆炸成形
药形应与零件的几何形状相适应，原则上应符合毛料各部位变形量的 需要，同时应使模具受载合理，药包制造简单。 药包形状选择 零件特点 球形、抛物面形零件拉深 大型封头零件拉深 筒形或管子类零件胀形与整形 大中型平面零件的成形与整形 环形 长圆柱形(长度与零件长度相适应) 平板形、网格形、环形 药包形状 球形、短圆柱形、锥形
1.
爆炸成形
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特种成形
一、高能成形
1 W = CU 2 2
2.
放电成形
电液成形 电爆成形
放电成形的电器装置原理图
电磁成形
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特种成形
一、高能成形
强大冲击电流——冲击波及水流动压 主间隙放电能量 冲击波能量 变形功

电液成形
电容器放电能量
间隙放电
电液成形原理图 1-升压变压器 2-整流元件 4-辅助间隙 5-电容器 7-水箱 8-绝缘插座 10-坯料 11-凹模 飞行器制造工程系
飞行器制造工程系
特种成形
三、超塑性成形
充气成形
2.
成形方法
凸模法 凹模法 充气成形法虽然利用低压气体，但成形压力可大于0.1MPa，并且可通过气源系 统对压力进行调节，因而可以制成形状比较复杂、曲率变化较大的零件。
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特种成形
三、超塑性成形
超塑性成形和扩散连接组合工艺
2.
成形方法
（SPF／DB）在航空工业上的应用取得重要进展，特别是钛合金飞机结构件的SPF／D B成形提高了飞机的结构强度，减少了飞机重量，对航空工业的发展起到重要作用。 钛板超塑性成形和扩散连接组合工艺是在同一温度下同时完成成形和连接工艺，先完 成扩散连接，然后充气完成超塑性成形。 扩散连接： 钛板在最佳超塑性成形时的温度约为 925 0 C 。在这一工作温度和一定的工 作压力下，两块以上的钛板零件如叠合在一起，则接触面上的分子和原子相互渗透而 使界面消失，几个零件最后连成整体。
特种成形
一、高能成形
1）成形原理
1.
爆炸成形
高温高压的气团 ——强压缩的冲击波 高温高压气团急剧膨胀 ——水流动压
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特种成形
一、高能成形
2）工艺参数
1.
爆炸成形
药量
决定了爆炸所能产生的能量
药位
药包中心至坯料表面的距离 药位↓—载荷↑，分布均匀程度↓
药形
决定了作用在毛料上的载荷分布
金属的超塑形主要分为
金属获得超塑性的主要因素有：温度、稳定和细小的晶粒、变形速度要小。
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特种成形
三、超塑性成形
2.
成形方法
金属或合金超塑性成形时，必须具备一定的成形条件——最佳的温度 和压力，即将板料加热到超塑性温度，然后加上载荷。
真空成形 充气成形 模压成形 超塑性成形和扩散 连接组合工艺
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板状零件的特形药包
特种成形
一、高能成形
3）常用模具材料
特 点
1.
爆炸成形
模具材料 锻造合金
适用范围 适用于形状非常复杂、尺寸精 抗冲击性能好，尺寸稳定，成形工件精 度要求高、厚度大、强度高而 度高，表面质量好，寿命长，但加工困 尺寸不大的工件的成形与胀形。 难制造周期长，成本高 批量较大 适用于形状复杂、尺寸精度要 基本同前项，但冲击能力稍差，成本稍 求较高、厚度较大的黑色金属 低于锻钢 或高强度的非铁金属工件的成 形与胀形。批量较大 成本低、易于制造、能保证一定的成形 尺寸公差，但抗冲击能力差 可反复熔铸、加工方便，制造周期短、 成形低，但强度低，受冲击后尺寸容易 变化，成形精度不高，而且寿命较低。 适用于一定批量的黑色金属与 非铁金属的成形模 中小型工件、药量较小、精度 要求不严格的成形模。单件试 制与小批量生产
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特种成形
二、蠕变成形和应力松弛成（校）形
应力松弛成（校）形 预成形
热校形工艺：
将预成形件和模具在热校形压床中加热到所需温度，合上模具， 施加足够的压力，并保温、保压一定时间，最后取出零件。
2.
+
热校形
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特种成形
二、蠕变成形和应力松弛成（校）形
应力松弛成（校）形
随着时间的延长，应力逐渐降低的现象。
2-整流元件 4-电容器 6-坯料
特种成形
一、高能成形

电磁成形
1)管毛坯缩口
应用
2)管毛坯胀形
3)板毛坯成形
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特种成形
二、蠕变成形和应力松弛成（校）形
蠕变成形
蠕变是指金属在恒定压力下，除瞬时变形外，随着时 间的增长而发生缓慢、持续的变形。 材料在蠕变中的组织变化(蠕变机理)：
断裂阶段 稳定阶段 非稳定阶段 开始阶段 加速阶段
2.
σ
应力松驰：金属材料在高温和应力状态下，如果维持总变形量不变，
应力松弛过程的影响因素：
σ0
应力随时间急剧降低
1)初始应力 2)时间 3)温度 4)预应变量 5)材料的化学成分 6)内部组织等
应力下降缓慢并趋向恒定
σr
τ
典型的等温应力松弛曲线
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特种成形
二、蠕变成形和应力松弛成（校）形
一、高能成形
成形原理 利用电磁效应将电能变成机械能

电磁成形
电磁成形原理 飞行器制造工程系
特种成形
一、高能成形
成形原理
开关闭合 将在线圈中形成脉冲电流 形成强大的变化磁场 磁场中的坯料内部产生感应电流 磁场相互作用(排斥)促使坯料成形

电磁成形
电磁成形原理 1-升压变压器 3-限流电阻 5-线圈
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应力松弛成（校）形
2.
热校形工艺过程包括：将预成形件和模具在热校形压床中加热到所需温度， 合上模具，施加足够的压力，并保温、保压一定时间，最后取出零件。
ε0
ε =ε +ε
0 e
εp
p
εe
弹性分量↓，塑性分量↑，零件的回弹↓
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应变关系曲线
特种成形
二、蠕变成形和应力松弛成（校）形
区别
蠕变是恒定应力下，塑性变形随时间的延长而不断增加的过程； 松驰是恒定变形下，应力随时间的延长不断降低过程，此时塑性 变形的增加是与弹性变形的减小等量同时发生。
特种成形
一、高能成形
高能成形(脉冲成形/高速成形)
利用炸药或电装置在极短的时间(低于数十微秒)内释放出的化学能 或电能，通过介质(空气或水等)以高压冲击波作用于坯料，使其在 很高的速度下变形和贴模的一种加工方法。 其特点是使较大的能量在极短的时间内释放出来。
爆炸成形 放电成形
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蠕变成形
蠕变成形工艺
1.
1）成形模材料有在高温下，不 氧化、不变形和良好高温强度等 要求，且加工方便、价格便宜。 目前模具的材料有：陶瓷、不锈 钢和耐热合金、热锻模钢、硅钼 球铁等。 2）模具与零件的热膨胀系数不 同，对于较大的且具有封闭形状 的零件，当模具和零件都冷却后， 真空蠕变成形装置 热成形零件比室温下在模具上成 4-保温层 形的零件小。所以模具设计必须 1-不锈钢保护板 2-钛板 3-加热元件 考虑热补偿，修正型面几何尺寸。 5-陶瓷模 6-容框 7-E形夹 8-密封元件 9-盖板
铸钢
球墨铸铁 锌合金
水泥本体用玻璃钢 成本低，容易制造，不要求模具加工设 适用于大型、厚度小的工件成 或环氧树脂衬里 备，但抗冲击能力差，寿命很低 形。单件试制与小批量生产 飞行器制造工程系
特种成形
一、高能成形
4）成形特点
简化设备，不要任何机床 只要一个凹模，简化模具 可获得精度很高的零件 能加工一些常规方法不易加工的材料 机械化程度较低，劳动生产率低 多为室外操作，劳动条件差
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特种成形
三、超塑性成形
真空成形 利用抽真空使处于超塑性状态下的
坯料吸附到模具上的工艺方法。
1-加热器 2-板料 3-夹具 4-凹模 5-支架
2.
成形方法
1-加热器 2-板料 3-凸模 4-支架
凸模真空成形法
凹模真空成形法
真空成形是利用大气压成形的方法，成形压力＜0.1MPa，只适于厚度小、 形状简单、曲率变化缓和的钛板零件的超塑性成形。
1.
1)位错攀移、滑移
—整个蠕变过程中，有滑移产生
2)亚晶形成
—晶粒变形不均匀破裂，形成亚晶
3)晶界形变
—晶界也参与形变，有时高达40-50%
由于出现蠕变，材料的承载能力大大降 典型的蠕变曲线 低，而塑性变形的能力则显著提高。
蠕变成形的特征与条件：高温度、长时间和低应力
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特种成形
二、蠕变 6-水 9-电极 12-抽气孔
特种成形
一、高能成形
熔点低、导电率高的细丝 爆丝气化 高压气团

电爆成形
电液成形原理图 1-升压变压器 2-整流元件 4-辅助间隙 5-电容器 7-水箱 8-绝缘插座 10-坯料 11-凹模
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3-充电电阻 6-水 9-电极 12-抽气孔
特种成形
3. 应力松驰与蠕变的关系
联系
本质相同，松驰也可看作是应力不断降低时的多级蠕变。
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特种成形
三、超塑性成形
超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件 （如晶粒形状及尺寸，相变等）和外部（环 境）条件下（如温度、应变速率等），呈现 出异常低的流变抗力、异常高的流变性能 （例如大的延伸率）的现象。 超塑性状态下的TC4钛板拉伸试件