纤维增强金属层板零件充液成形过程及工艺分析
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成形的有限元模型,研究充液成形过程中液室压力以及压边力对成形结果的影响,并通过实验验证仿真结果的准
确性;通过对成形后的零件进行真空固化处理,最终得到合格零件。研究结果表明:在该方盒形零件的充液成形
过程中,当成形加载压边力为 2.0 MN,液室压力为 30 MPa 时,可以成形出质量良好的零件;成形后真空固化处
第 50 卷第 2 期 2019 年 2 月
中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)
DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2019.02.004
Vol.50 No.2 Feb. 2019
Abstract: The outer surface of a box-shaped part in a certain type of aircraft was studied, and the finite element model of glass fiber reinforced aluminum laminate hydroforming process was established by using Abaqus/Explicit software. The effect of blank holder force coupled with cavity pressure on the forming results was investigated during the hydroforming procedure, and its accuracy was verified by experiments. Then, the qualified part was finally obtained by vacuum solidification of the formed part. The results show that a qualified box-shaped part can be obtained when the blank holder force is 2.0 MN and the cavity pressure is 30 MPa. Also, the vacuum solidification process of the formed part can rectify the warping phenomenon and improve the strength and stiffness of the part. Key words: fiber reinforced metal laminates; hydroforming; cavity pressure; blank holder force; vacuum curing; finite element simulation
理工艺能有效校正零件翘曲等现象,提高零件强度和刚度。
关键词:纤维增强金属层板;充液成形;液室压力;压边力;真空固化;有限元模拟
中图分类号:TG394
文献标志码:A
文章编号:1672−7207(2019)02−0272−07
Investigation on hydroforming technology and process of fiber reinforced metal laminate parts
第2期
刘世琛,等:纤维增强金属层板零件充液成形过程及工艺分析
273Βιβλιοθήκη 的简单零部件成形,而对于小型复杂结构件的成形应 用较少,因此,采用充液成形技术成形这类纤维增强 金属层板零件,实现了传统真空热压罐成形、纤维树 脂充模成形(resin transfer molding)等技术无法完成的 小零件小特征的成形,解决了由于纤维材料伪塑性、 小延伸率和冲压成形技术的局限性而导致难以采用拉 深方式成形的难题,扩大了纤维增强金属层板的应用 范围[3−4]。目前,国外研究者多采用传统拉深成形对纤 维增强金属层板进行研究。HOU[5]研究了含有聚丙烯 增 强 树 脂 的 单 向 玻 璃 纤 维 材 料 的 拉 深 性 能 ; LUKE 等[6]研究了成形温度和成形速度对于热塑性纤维材料 成形的影响;KALYANASUNDARAM 等[7]研究了含有 热塑性树脂的纤维增强材料的压边力和温度对于成形 的影响,同时研究了应力应变的分布。而国内的研究 主要集中于这种新型材料的制备及性能检测;梁中全 等[8]研究了玻璃纤维金属层板的力学性能及其在大型 空客 A380 中的应用;黄世民[9]系统地介绍了纤维增强 铝合金胶接层板的发展情况,研究了其性能特点和应 用现状;马毅宏[10]对玻璃纤维增强铝合金层板的制备 过程进行了优化,对玻璃纤维金属层板的力学行为、 环境容耐性、疲劳裂纹进行了研究;ZAFAR 等[11]提出 了利用多层金属层板加橡胶板成形的方法,通过留出 填充纤维的间隙,应用真空袋−热压罐技术来成形小 型且形状相对复杂的层板零件。本文选用某型号飞机 外表面小型盒形零件作为研究对象,以半固化热固型 树脂玻璃纤维增强铝合金层板为材料,研究其充液成形 过程中液室压力和压边力对零件成形的影响,并在此基 础上对成形质量良好的零件进行真空固化处理,最终得 到合格的零件。
LIU Shichen1, LANG Lihui1, GUAN Shiwei1, SHENG Sijia1, ZENG Yipan2
(1. School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijing 100191, China; 2. Chengdu Aircraft Industrial (Group) Co. Ltd., Chengdu 610092, China)
长期以来,飞机、汽车制造企业都在寻求一种具 有高比强度、优异的疲劳性能和耐腐蚀能力的新型材 料。一方面,飞机及汽车结构的轻量化生产能大大减 少燃油消耗;另一方面,这样轻质化的结构有益于交 通工具的长途运输,并且能显著提高产品的寿命。为
了实现这些目标,荷兰科学家研制出一种新型复合材 料即纤维增强金属层板,这种材料是利用树脂将金属 和纤维用层合板工艺复合起来,具有优越的加工性能、 良好的抗冲击性以及高强度和耐疲劳特性[1−2]。如今的 纤维增强金属层板广泛应用于航空航天领域大型结构
收稿日期:2018−04−22;修回日期:2018−06−22 基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(51675029)(Project(51675029) supported by the National Natural Science Foundation of China) 通信作者:郎利辉,博士(后),教授,从事高温高压充液成形研究;E-mail:lang@
纤维增强金属层板零件充液成形过程及工艺分析
刘世琛 1,郎利辉 1,关世伟 1,绳斯佳 1,曾一畔 2
(1. 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院,北京,100191; 2. 成都飞机工业(集团)有限责任公司,四川 成都,610092)
摘要:对某型号飞机外表面盒形件进行研究,应用有限元软件 Abaqus/Explicit 建立玻璃纤维增强铝合金层板充液