锻压装备与制造技术：胀形法消减铝合金环形件淬火残余应力研究
2023-11-01【作 者】尚勇;陈浩;曲中兴;宋泽彬
【引 言】
铝合金环形薄壁件是航空航天中广泛应用的典型零件，如固体火箭发动机关键连接件裙、航空发动机机匣等。环形薄壁件壁厚与内径曲率半径之比小于 1:20，壁厚小（最薄处<1mm）、刚度差，抵抗变形的能力很弱，制造加工工艺往往繁复、难度大，常常产生加工变形[1]。由于航空航天发动机对零部件尺寸精度和几何精度的要求都较高，当变形量过大时，工件超差甚至报废，严重影响着航空航天产品质量及交付进度[2]。
本文以某固体火箭发动机用铝合金环形件为研究对象，首先利用有限元软件 ABAQUS 对 2219 铝合金环形件淬火及胀形进行有限元模拟，将整个过程中的残余应力进行了对比，从而得到不同胀形量对环形件的淬火残余应力的消减规律。再进行 2219铝合金环形件淬火及胀形试验，采用压痕应变法测试环形件残余应力，比对试验结果与模拟结果。
【结 论】
对 2219 铝合金环形件的淬火残余应力进行了研究，建立有限元模型，获得 2219 铝合金环形环淬火残余应力的详细结果，进行胀形的有限元模拟，分析了不同胀形量下环形件淬火残余应力消减效果，并设计验证比对试验。主要结论如下：
（1）2219 铝合金环锻件淬火残余应力较大，分布不均匀，必须采取措施予以消除。
（2）胀形法可有效消减铝合金环形件淬火残余应力，尤其是应力集中区域残余应力消除效果最为明显。当胀形量为 3%时，铝合金环形件的残余应力消除效果最佳，残余应力幅值降低至 40MPa 以内，很好地消除铝合金环形件的残余应力，为最优胀形量。
（3）开展淬火及胀形工艺试验，采用压痕应变法测试环形件残余应力。胀形量为 3%时残余应力消减效果最好，有限元模拟与试验获得的残余应力变化规律趋于一致。
以下是正文：
