鋁合金精鍛成形的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著世界性能源、環(huán)境和安全問題的日益突出，輕量化材料及其制造技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。高強(qiáng)度鋁合金輕質(zhì)構(gòu)件精密塑性成形成為輕量化制造領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。精密塑性成形時(shí)的內(nèi)部和外部條件直接影響著金屬的宏觀流動(dòng)和微觀組織變化，并最終對(duì)鍛件力學(xué)性能產(chǎn)生影響。因此，為了掌握工藝條件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度對(duì)鍛件成形、微觀組織演化和力學(xué)性能的影響規(guī)律，本文圍繞目前在航空航天飛行器構(gòu)件和汽車零件中應(yīng)用的鋁合金2397、4032和典型輕質(zhì)筋板構(gòu)件展開熱

2、精鍛成形的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
　　本文采用等溫壓縮實(shí)驗(yàn)和定量金相觀測(cè)及流動(dòng)應(yīng)力分析，建立了2397鋁合金包含初始晶粒尺寸、應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度的熱變形過程動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型。該模型能夠預(yù)測(cè)再結(jié)晶晶粒大小、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)和平均晶粒大小等微觀組織信息。將動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型耦合到DEFORM-2D中，模擬了熱鐓過程的微觀組織演化，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。
　　采用數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了閉式筋板構(gòu)件和開式筋板構(gòu)件閉式熱模鍛過程

3、的金屬流動(dòng)行為和微觀組織分布，研究了變形溫度、模具溫度、變形速度等工藝參數(shù)和構(gòu)件筋寬、腹板厚度、筋板過渡圓角等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)筋條充填和成形載荷的影響規(guī)律，并總結(jié)歸納出結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。針對(duì)筋板構(gòu)件預(yù)鍛成形這一關(guān)鍵技術(shù)，提出了基于主應(yīng)力法的預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，利用主應(yīng)力法獲得筋條區(qū)和腹板區(qū)的應(yīng)力分布，采用反向分析法先將終鍛時(shí)內(nèi)、外筋條成形高度差補(bǔ)償在預(yù)成形件上，以確保終鍛時(shí)金屬流動(dòng)中心始終處于腹板的位置；建立了基于主應(yīng)力法包含幾何特征尺寸的包絡(luò)

4、圓等效載荷模型，該模型能夠很好地表征筋板構(gòu)件成形終了階段金屬沿腹板向外圍筋條交叉部位流動(dòng)的特點(diǎn)。為了降低成形載荷和提高筋板構(gòu)件的充滿成形效果，提出了一種減壓式預(yù)鍛和阻尼式終鍛相結(jié)合的流動(dòng)控制成形新技術(shù)。
　　采用等溫?cái)D壓實(shí)驗(yàn)、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)和組織測(cè)試分析手段，研究了擠壓溫度和變形程度對(duì)4032鋁合金抗拉強(qiáng)度和延伸率的影響規(guī)律和作用機(jī)理，引入綜合性能系數(shù)表征抗拉強(qiáng)度和延伸率的綜合性能，通過數(shù)值擬合方法建立了性能系數(shù)與溫度和應(yīng)變的多項(xiàng)式

5、型經(jīng)驗(yàn)方程。
　　以活塞尾熱鍛成形為例，基于所提出的流動(dòng)控制成形技術(shù)設(shè)計(jì)成形工藝方案；通過分析兩工步成形過程中的金屬流動(dòng)特點(diǎn)，提出了U型預(yù)鍛件設(shè)計(jì)方案；利用DEFORM-3D軟件的子程序功能將經(jīng)驗(yàn)方程耦合入有限元程序，分析了鍛件的成形過程和性能系數(shù)分布。模擬結(jié)果表明，由該方案得到的終鍛件性能系數(shù)優(yōu)于現(xiàn)有的V型預(yù)鍛設(shè)計(jì)方案，且材料利用率達(dá)到95％。
　　這些研究結(jié)論和成果，為鋁合金筋板類結(jié)構(gòu)件的精密模鍛成形提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)