管材充液剪切彎曲成形規(guī)律研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和高速飛行器燃料輸送管路系統(tǒng)需要相對(duì)彎曲半徑小于0.5的鋁合金和鈦合金小彎曲半徑整體彎管，以節(jié)約空間、提高管路的耐壓能力和減輕重量。傳統(tǒng)彎曲方法，因外拉內(nèi)壓的變形方式的限制，無法制造這種小彎曲半徑彎管。針對(duì)這一難題，本文提出了管材充液剪切彎曲方法，其變形方式由外拉內(nèi)壓變?yōu)榧羟凶冃危虼丝梢詫?shí)現(xiàn)小彎曲半徑彎管的成形。通過實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和組織觀察，對(duì)5A02鋁合金和TA18鈦合金管材充液剪切彎曲進(jìn)行了系統(tǒng)的研究

2、，為其應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　采用單向拉伸測(cè)試方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用的5A02鋁合金和TA18鈦合金無縫管進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)提供力學(xué)性能參數(shù)。設(shè)計(jì)了試件的形狀和尺寸，介紹了管材充液剪切彎曲的實(shí)驗(yàn)裝置和主要成形參數(shù)，以及應(yīng)變網(wǎng)格方法和微觀組織性能的測(cè)試方法。
　　通過物理實(shí)驗(yàn)，研究了5A02鋁合金管材充液剪切彎曲成形過程，分析了內(nèi)壓和進(jìn)給比對(duì)5A02鋁合金管材充液剪切彎曲成形缺陷的影響規(guī)律，給出了充液剪

3、切彎曲的成形窗口，成功研制出相對(duì)彎曲半徑為0.08的5A02鋁合金彎管。揭示了壁厚分布和彎曲半徑的變化規(guī)律，研究了內(nèi)壓和進(jìn)給比的影響，獲得了不同內(nèi)壓和進(jìn)給比下的合格試件，并進(jìn)行了耐壓測(cè)試。
　　利用電子背散射衍射（EBSD）和電子透射（TEM）技術(shù)，研究了鋁合金充液剪切彎曲管特征位置的微觀組織特征，給出了鋁合金充液剪切彎曲管特征區(qū)域的微觀組織形貌和晶粒分布特征，發(fā)現(xiàn)了剪切變形對(duì)晶粒細(xì)化作用明顯，晶粒尺寸由11.08μm降低至1.4

4、6μm。采用塑性力學(xué)和位錯(cuò)理論，闡明了產(chǎn)生晶粒細(xì)化的機(jī)理：剪應(yīng)力下，位錯(cuò)發(fā)生開動(dòng)和重排，形成位錯(cuò)墻，位錯(cuò)墻發(fā)展為小角晶界進(jìn)而演變?yōu)榇蠼蔷Ы鐚⒃季Я７指?。?duì)特征位置的硬度進(jìn)行了測(cè)試，分析了剪切變形、硬度分布和晶粒細(xì)化的內(nèi)在關(guān)系。
　　采用ABAQUS動(dòng)態(tài)顯式有限元程序，對(duì)5A02鋁合金管材充液剪切彎曲成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，揭示了剪應(yīng)力和剪應(yīng)變分布規(guī)律，給出了典型部位的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
　　針對(duì)鈦合金室溫成形性能差，提出了TA

5、18鈦合金管材分步充液剪切彎曲成形方法。分別進(jìn)行單步和兩步充液剪切彎曲實(shí)驗(yàn)，獲得了單步成形條件下的剪裂和拉裂兩種特征缺陷，采用SEM觀察了斷口形貌。研究了內(nèi)壓和進(jìn)給比對(duì)單步成形極限橫向進(jìn)給量的影響，獲得了單步成形的最優(yōu)工藝參數(shù)。采用EBSD和TEM研究了鈦合金管特征區(qū)域的微觀組織形貌和晶粒分布，揭示了剪切變形導(dǎo)致鈦合金彎曲管件剪切變形區(qū)小角晶界含量較高，孿晶界含量很低，晶粒細(xì)化程度較大的微觀機(jī)理。采用單向拉伸、硬度測(cè)試和自由脹形測(cè)試方法