以下文章來源於航空學報CJA ，作者航空學報CJA
近日，由上海交通大學林忠欽院士團隊（林忠欽、於忠奇、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、華中科技大學余聖甫與史玉升4家高校科研人員共同完成的《複雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合製造技術發展與展望》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複雜航天薄壁筒段旋壓-增材復合製造方向的研究現狀，並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-增材復合製造兩個角度對國內外研究工作進行梳理和總結；同時，基於所提出的複雜高筋薄壁筒段旋壓-增材復合製造思路，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-增材復合製造工藝和裝備等方面介紹了研究團隊在一體化製造方面的最新研究成果，可為複雜薄壁構件復合製造的理論研究和技術研發提供參考。
論文連結：
https://hkxb.buaa.edu.cn/CN/10.7527/S1000-6893.2022.27493
/ 主要內容
高速飛行器常採用加強筋筒段結構，以提高力學性能和輕量化係數。加強筋筒段是一類典型的複雜薄壁結構，通常具有筋高腹薄特徵，幾何形狀複雜，對製造精度、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製造的必然發展趨勢。本文提出一種複雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合成形新思路，如圖1，兼具等材製造高效率及增材製造柔性化的優勢。通過旋壓-增材復合成形實現複雜高筋薄壁筒段製造，除了需兼顧筋高和筒段外形的高精度要求以外，還需滿足增材製造介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製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-增材復合製造原理
/ 研究亮點
本文主要回顧了複雜航天薄壁筒段旋壓-增材復合製造方向的研究現狀，並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於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複雜性，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）筒壁內增材介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；由於顆粒吸收了更高的雷射能量，筒壁基板的流動粉末溫度場高於平面基板的。雷射增材成形稀土改性Al-Mg合金，納米增強相Al3(Sc,Zr)傾向於熔池底部沉澱析出並作為介面異質形核點，有效抑制了沉積體枝晶生長模式，並促進了等軸晶形成，實現了介面微觀結構均勻化。
圖4 筒壁雷射增材製造粉末流動數值仿真
3）旋壓-增材復合製造工藝與裝備。針對交叉筋結構的複雜性，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。面向筒段復合製造，提出了在成形薄壁筒段上雷射熔化沉積加工和電弧熔絲增材工藝。研發出內筋筒段旋壓、筒壁增材製造試驗裝置及其工藝軟體，如圖5，獲得了可接受的試驗示範件和工程樣件。
圖5 旋壓-增材復合製造試驗裝置
原論文：
林忠欽, 於忠奇, 戴冬華, 樊曉光, 余聖甫, 顧冬冬, 李淑慧, 史玉升. 複雜高筋薄壁構件旋壓-增材復合製造技術發展與展望[J]. 航空學報, 2023, 44 (9): 627493.