高精度鋁合金矩形管多道次冷拉拔成形工藝方案優(yōu)化及實驗驗證.pdf

1、高精度鋁合金矩形管作為微波信號傳導的關鍵媒介被廣泛的應用到航空、航天、雷達等國防高尖端領域。由于其使用環(huán)境的特殊性，不僅對矩形管的幾何形狀及尺寸精度要求很高，而且對其內(nèi)表面粗糙度有著更加嚴苛的限定，制備難度相當大。我國該類型矩形管的研制工作起步晚，受技術條件等因素的制約，還不能生產(chǎn)出完全符合使用要求的成品矩形管，從而造成了長期依賴進口的尷尬局面，這種形勢也將隨著我國軍事工業(yè)的發(fā)展而變得日益嚴峻。因此，掌握該類型鋁合金矩形管的自主開發(fā)技術

2、變得勢在必行，同時也可以打破歐美國家的技術壟斷，具有較強的國防軍事意義。
　　 本文的研究對象為尺寸規(guī)格91.62×48.26×2.05mm的鋁合金矩形管，其尺寸偏差為±0.12mm，內(nèi)表面粗糙度要求達到Ra=1.0um，這正是其制備的重點與難點所在。目前，由于受到工藝、設備等諸多因素的影響，矩形管生產(chǎn)存在較多問題，如成品管壁內(nèi)凹、翹曲、壁厚分布不均，尤其是內(nèi)表面?zhèn)缺谥胁渴指忻?，出現(xiàn)明顯的橘皮現(xiàn)象，這些大大的制約了矩形管的使用

3、性能?；诖?，本文開展了對該規(guī)格鋁合金矩形管的成形工藝研究，其主要內(nèi)容如下：
　　 ①對矩形管成形特點進行分析，確定了三道次的拉拔成形方案，即第一道次空拉拔獲得過渡近似矩形截面；中間道次帶芯棒拉拔對前道次管材進行矩形矯正，使其更加接近成品管；末道次帶芯棒拉拔保證最終的尺寸形狀及表面精度。三個階段管材截面變化尺寸參數(shù)為：φ92.8×2.15mm-96.38×57.26×2.15mm-92.8×50.0×2.1mm-91.62×48

4、.26×2.05mm。
　　 ②建立了矩形管多道次冷拉拔成形過程的有限元分析模型，闡述了金屬流動特點及變形規(guī)律，解釋了成形過程中出現(xiàn)的管壁內(nèi)凹、翹曲、壁厚不均等缺陷的成因，并提出了恰當?shù)慕鉀Q措施，有效地保證了矩形管的形狀精度。
　　 ③為了提高拉拔過程材料變形的均勻性，結(jié)合數(shù)值模擬與數(shù)學正交試驗設計方法對五個主要拉拔參數(shù)(拉拔速度v、摩擦系數(shù)μ、成品模定徑帶長度L、模具入模角α、定徑區(qū)過渡圓弧半徑R)進行優(yōu)化分析，確定了

5、應變均勻性指數(shù)θ和成品管尾部‘凸耳’高度H兩個評價指標，并通過對結(jié)果的直觀分析，得到了保證成形穩(wěn)定性的最佳參數(shù)組合：v=12.5mm/s，L=9 mm，μ=0.05，R=5 mm，α=9°。
　　 ④針對鋁合金矩形管成形表面質(zhì)量較差的現(xiàn)象，對傳統(tǒng)的拉拔模具及芯棒結(jié)構進行了優(yōu)化再設計，提出了新型的‘凸包型’模具及‘臺階型’芯棒，通過開展對優(yōu)化前后方案的模擬分析，系統(tǒng)的比較了管材等效塑性應變應力場的分布情況、管材內(nèi)表面與芯棒的接觸狀

6、態(tài)、矩形管的成形尺寸精度以及拉拔載荷等參量，分析結(jié)果顯著地證明了新型模具及芯棒設計對于提高矩形管變形穩(wěn)定性及改善成形精度方面的有效性與可行性。
　　 ⑤對優(yōu)化后方案開展鋁合金矩形管實際工藝試制。經(jīng)測量，成品管形狀尺寸精度達標，并且內(nèi)表面粗糙度均在產(chǎn)品的設計范圍之內(nèi)，滿足了該鋁合金矩形管的嚴苛使用要求。
　　 通過本文開展的系列研究，實現(xiàn)了對該規(guī)格鋁合金矩形管的工藝開發(fā)，并有效地豐富了異型截面管材拉拔成形理論，對今后類似規(guī)