5A02鋁合金彎曲軸線超薄異型管內(nèi)高壓成形研究.pdf

1、鋁合金彎曲軸線超薄異型管是航空、航天等領(lǐng)域中常用的典型輕量化構(gòu)件，在汽車等領(lǐng)域中也有著廣闊的應(yīng)用前景。由于三維變曲率軸線和大徑厚比等結(jié)構(gòu)特點，同時與鋼相比，鋁合金存在延伸率和彈性模量低、摩擦系數(shù)大等問題，使得鋁合金管材內(nèi)高壓成形比鋼管材難度大，需要對成形規(guī)律和變形機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。
　　針對5A02鋁合金彎曲軸線超薄異型管，分析了矩形截面內(nèi)高壓成形圓角充填行為及圓角區(qū)塑性變形規(guī)律，采用充液壓彎方法成形了超薄管材彎曲件，研究了

2、彎曲軸線超薄異型管內(nèi)高壓成形過程。
　　通過力學(xué)分析與增量本構(gòu)關(guān)系，建立了極限圓角半徑與摩擦系數(shù)關(guān)系的理論模型，揭示了極限圓角半徑的機(jī)理。指出當(dāng)摩擦系數(shù)小、直邊短時，能獲得較小的極限圓角半徑；而當(dāng)摩擦系數(shù)越大、直邊越長時，越難獲得較小的圓角半徑。
　　利用實驗裝置獲得了矩形截面內(nèi)高壓成形圓角充填過程中圓角半徑與內(nèi)壓的定量關(guān)系，研究了三種潤滑劑對圓角成形內(nèi)壓和極限圓角半徑的影響規(guī)律，并對圓角成形內(nèi)壓理論值進(jìn)行了實驗驗證。結(jié)果表

3、明：潤滑條件對圓角充填影響顯著，改善潤滑使圓角成形內(nèi)壓降低，能獲得更小的圓角半徑。對于5A02鋁合金，采用聚乙烯膜潤滑時，相對圓角半徑可達(dá)到2.2。
　　為了更好地反映矩形截面內(nèi)高壓成形圓角充填過程后期比較復(fù)雜的三向應(yīng)力狀態(tài)，采用DEFORM-2D軟件進(jìn)行了圓角充填行為固體元數(shù)值模擬，研究了摩擦系數(shù)、膨脹率及預(yù)制坯形狀對圓角充填的影響規(guī)律，給出了圓角區(qū)應(yīng)力狀態(tài)三維圖形可視化表征及在屈服柱面上的應(yīng)力軌跡，揭示了應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律。應(yīng)力

4、狀態(tài)三維圖形可視化表征表明圓角區(qū)應(yīng)變狀態(tài)為沿著厚向縮短和環(huán)向伸長的趨勢變化，過渡點最先發(fā)生塑性變形并且等效應(yīng)變始終最大。內(nèi)側(cè)特征點在屈服柱面上的應(yīng)力軌跡表明變形過程中隨內(nèi)壓的增大，過渡點的軸向應(yīng)力始終為拉應(yīng)力。
　　彎曲內(nèi)側(cè)起皺是超薄鋁合金管材彎曲的主要缺陷形式之一，利用充液壓彎方法，解決了超薄鋁合金管材彎曲起皺問題。根據(jù)理論計算獲得內(nèi)壓值，通過實驗研究了內(nèi)壓對彎曲內(nèi)側(cè)起皺、截面畸變及彎曲外側(cè)減薄的影響規(guī)律，獲得了徑厚比達(dá)到63的

5、5A02鋁合金彎曲件，為后續(xù)內(nèi)高壓成形提供了合格預(yù)制件。通過數(shù)值模擬給出了彎曲內(nèi)側(cè)應(yīng)力狀態(tài)與起皺機(jī)制。指出內(nèi)壓作用于封閉的管端產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力，降低軸向壓應(yīng)力數(shù)值，當(dāng)內(nèi)壓大于臨界值時可以避免彎曲內(nèi)側(cè)起皺。
　　通過實驗研究了彎曲軸線超薄異型管內(nèi)高壓成形過程，采用充液壓彎、預(yù)成形和內(nèi)高壓成形獲得了合格試件。采用多步法數(shù)值模擬研究了充液壓彎、預(yù)成形和內(nèi)高壓成形全過程，給出了成形難度最大的中段截面的壁厚分布規(guī)律及貼模過程，分析了彎曲外側(cè)開