● 摘要
蒙皮是飞机的外形零件，直接与气流接触，要求成形精度高、表面质量良好。对于复杂蒙皮，通常要引入中间退火或淬火来进行多道次拉伸成形。然而在中间热处理过程中，有可能导致材料晶粒粗大，从而在后续拉形中产生粗晶缺陷，零件外观表现为橘皮状组织。粗晶的产生将降低材料的强度、塑性和韧性，严重影响了蒙皮成形质量。目前，某航空制造厂对铝合金蒙皮生产拉形时出现了粗晶，然而由于工艺参数的确定仍然依靠经验试拉，并且缺乏粗晶判据的相关研究，因此无法对粗晶进行有效预测与控制。本文针对出现拉形粗晶的铝合金蒙皮材料，按照实际蒙皮拉形过程进行了粗晶试验，结合宏观形貌与金相分析，使用网格应变测量技术，最终建立了铝合金粗晶临界预应变曲线，将该曲线作为粗晶判据应用于蒙皮拉形有限元分析，对生产拉形方案进行了优化，从而控制了拉形粗晶的产生。研究工作取得了以下主要结果：建立了两块粗晶蒙皮的有限元分析模型，再现了出现粗晶蒙皮的变形过程，并对实际预拉形过程进行了分析，结果表明，零件面内应变较大处与实际粗晶产生区域一致，并且应变路径介于单向拉伸与平面应变之间。设计了五种形状的拉伸试件，通过有限元分析表明，五种试件的应变路径介于单向拉伸与平面应变之间。根据蒙皮实际拉形过程设计了粗晶试验方法，试验基本流程为“预拉伸变形-淬火-后续拉伸变形”，并在预拉伸后测量试件真实预应变，试验过程结合宏观形貌和金相分析，以确定各应变路径下的粗晶临界预拉量。针对不同来料厂家和不同厚度的两种2024-O铝合金板，分别进行了五种形状试件的粗晶试验。对每种试件，首先设置预拉量进行初步拉伸试验，结合宏观形貌和金相分析，建立了预拉量和晶粒大小的关系，确定了粗晶临界预拉区间，然后在该区间内细化拉伸间隔再次试验，从而确定该应变路径下的粗晶临界预拉量。通过试验，分别确定了两种2024-O铝合金板在五种应变路径下的临界预拉量。结合粗晶试验中试件真实预应变的测量结果，确定了各应变路径下的临界预应变，通过数据拟合，建立了两种2024-O铝合金板的粗晶临界预应变曲线。将该曲线应用于有限元分析，对两块蒙皮预拉形过程提出了优化方案，通过粗晶缺陷和贴模度等分析，最终确定了合理的拉形参数，从而实现了对拉形工艺参数的设计和粗晶缺陷的控制。