带筋铝合金壁板蠕变时效成形回弹行为试验

　　引言

　　蠕变时效成形技术对于航空航天器件中大型复杂整体壁板类零件的制造具有独特优势，被认为是大型飞机特别重要的金属成形工艺之一。在整体壁板时效成形的回弹行为研究方面，国内起步较晚，但近几年这方面研究工作已逐渐增多。文献[1]研究了铝合金7075蠕变时效成形回弹规律，考察厚度、弹性预变形量、时效时间和温度的综合效应对成形曲率半径的影响规律，由试验结果得出，随着时效时间的增加，回弹量的总体变化趋势是逐渐减小，并趋于平稳;而蠕变时效温度对回弹的影响最为显著，即回弹随温度的升高迅速下降;预弯曲率半径与回弹率呈线性关系，随着预弯曲率半径的增加，回弹率逐渐增加;厚度与回弹率呈非线性关系，总体趋势是随着厚度的增加，回弹率逐渐减少。文献[2]对一个矩形平板件的二维弹塑性纯弯曲的回弹进行了分析。文献[3]开展了LY12MO铝合金板时效成形回弹率研究，得到了时效成形的工艺参数影响顺序，初步研究了工件回弹量的实际控制方法，结果显示，当工艺为时效温度190℃、时效时间10h的条件下，可使回弹率控制在12%以下。

　　文献[4]开展了壁板结构对时效成形回弹影响的研究，采用正交试验综合研究整体壁板结构因素及模具曲率半径对时效成形回弹的影响，并以筋条高度、凸台高度、凹槽深度、预弯半径为回归变量，通过级差分析，发现筋条高度、凸台高度、凹槽深度等3个结构因素的级差和占全部因素级差和比重的41%，说明飞机壁板上的结构因素对试件成形效率影响很大。但多数研究还仅限于对平板件回弹量的研究，对于带筋壁板回弹量的研究较少。本文对带筋壁板的回弹量进行初步探索，并与平板件 (与带筋壁板的蒙皮厚度相同)的回弹量进行对比，分析查明带筋壁板的回弹特点。

　　1　时效工艺过程

　　时效成形是将零件的成形与材料的人工时效相结合，即利用时效强化处理得到铝合金所需的性能，同时利用一定温度下试件在弹性应力作用下发生的蠕变/应力松弛变形，得到具有一定形变的结构件[5]。典型的时效成形工艺过程如图1所示，分为加载、人工时效和卸载3个阶段[6]。

　　1)加载。在常温下，将试件通过一定的加载方式使试件产生弹性变形，并保持这样的变形。

　　2)人工时效。将试件与工装一起放入加热设备，在试件材料的人工时效温度内保温一段时间，试件材料在此过程中受到蠕变，应力松弛等机制的作用，内部组织和性能发生较大改变。

　　3)卸载。在时效时间结束后，待时间完全冷却去掉工装的约束后，原施加到零件上的部分弹性变形在蠕变和应力松弛的作用下，转变为永久塑性变形，从而使试件在完成时效强化的同时获得所需的外形[7-8]。