上交大、南航、西工大、華中科技四校聯合：復雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合制造技術發展與展望
近日，由上海交通大學林忠欽院士團隊（林忠欽、于忠奇、李淑慧）、南京航空航天大學戴冬華與顧冬冬、西北工業大學樊曉光、華中科技大學余圣甫與史玉升4家高校科研人員共同完成的《復雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合制造技術發展與展望》一文，作為封面文章發表在《航空學報》2023年第9期。
該封面文章主要回顧了復雜航天薄壁筒段旋壓-增材復合制造方向的研究現狀，并介紹了近幾年研究團隊在該方向上取得研究成果。該文章從內筋薄壁筒段旋壓成形和等材-增材復合制造兩個角度對國內外研究工作進行梳理和總結；同時，基于所提出的復雜高筋薄壁筒段旋壓-增材復合制造思路，從鋁合金內筋薄壁筒段旋壓斷裂機制與組織演變規律、筒壁內增材熱力學行為與組織調控、旋壓-增材復合制造工藝和裝備等方面介紹了研究團隊在一體化制造方面的最新研究成果，可為復雜薄壁構件復合制造的理論研究和技術研發提供參考。
論文鏈接：
https://hkxb.buaa.edu.cn/CN/10.7527/S1000-6893.2022.27493
主要內容
高速飛行器常采用加強筋筒段結構，以提高力學性能和輕量化系數。加強筋筒段是一類典型的復雜薄壁結構，通常具有筋高腹薄特征，幾何形狀復雜，對制造精度、力學性能和結構重量要求苛刻，是一類難加工產品。為滿足下一代航天飛行器的需求，加強筋筒段整體成形已成為這類高性能構件制造的必然發展趨勢。本文提出一種復雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合成形新思路，如圖1，兼具等材制造高效率及增材制造柔性化的優勢。通過旋壓-增材復合成形實現復雜高筋薄壁筒段制造，除了需兼顧筋高和筒段外形的高精度要求以外，還需滿足增材制造界面的微觀結構與性能要求。因此需要精確調控流動旋壓和增材制造過程中材料組織演化與結構變形的交互作用，以實現構件高性能目標。
圖1帶筋鋁合金筒段旋壓-增材復合制造原理
研究亮點
本文主要回顧了復雜航天薄壁筒段旋壓-增材復合制造方向的研究現狀，并介紹了近幾年研究團隊在該方向上取得研究成果，主要研究成果如下：
1）內筋筒段旋壓斷裂預測與變形組織演變。針對鋁合金板成形各向異性斷裂問題，建立了各向異性斷裂模型，發明一種面外剪切測試方法，如圖2所示，各向異性斷裂模型應用于2219鋁合金縱橫內筋筒段流動旋壓成形仿真中，如圖3所示，預測斷裂位置與實驗結果相一致。針對旋壓變形組織演變的復雜性，熱壓縮試驗證實：受2219鋁合金初始織構的影響，沿不同方向加載時再結晶機制發生改變，即沿晶粒短軸方向加載時主要為幾何動態再結晶，沿晶粒長軸方向加載時為不連續動態再結晶。同時，建立了宏微觀耦合本構模型，實現了2219鋁合金內筋筒段旋壓變形組織的準確預報。
圖2面外剪切應變測試方法
圖3 鋁合金內筋筒段旋壓斷裂預測
2）筒壁內增材界面熱動力學與組織調控。與平面基板相比，粉末在圓柱筒壁基板上的流動濃度比在平板基板上的要高，這改善了增材過程中粉末聚集性能，如圖4；由于顆粒吸收了更高的激光能量，筒壁基板的流動粉末溫度場高于平面基板的。激光增材成形稀土改性Al-Mg合金，納米增強相Al3(Sc,Zr)傾向于熔池底部沉淀析出并作為界面異質形核點，有效抑制了沉積體枝晶生長模式，并促進了等軸晶形成，實現了界面微觀結構均勻化。
圖4 筒壁激光增材制造粉末流動數值仿真
3）旋壓-增材復合制造工藝與裝備。針對交叉筋結構的復雜性，闡釋了內筋筒段旋壓材料流動規律，開發出幾種交叉筋鋁合金筒段旋壓成形工藝。面向筒段復合制造，提出了在成形薄壁筒段上激光熔化沉積加工和電弧熔絲增材工藝。研發出內筋筒段旋壓、筒壁增材制造試驗裝置及其工藝軟件，如圖5，獲得了可接受的試驗示范件和工程樣件。
圖5 旋壓-增材復合制造試驗裝置
原論文：
林忠欽, 于忠奇, 戴冬華, 樊曉光, 余圣甫, 顧冬冬, 李淑慧, 史玉升. 復雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合制造技術發展與展望[J]. 航空學報, 2023, 44 (9): 627493.
(責任編輯：admin)
浙大楊華勇院士團隊：生物
營收32.29億元，3D打印粉
2025年又有5所高校開設3D
珠海這個廁所，竟是3D打印
從大阪到戛納：一雙中國3D
央視報道今奇玩具！3D打印
忍痛5年，福州依
創想三維2023全球
上海交大谷國迎教
3D打印假體植入內
FRI：降脂油包水
少年骨折后感染致
