高強鋁合金復雜筋板構件整體成形技術研究.pdf

1、隨著新型裝備向輕量化、高性能的方向發(fā)展，高強鋁合金復雜筋板構件的應用越來越廣泛，且大多是裝備中的關重構件，往往需承受較大的載荷作用。此類構件幾何形狀比較復雜，內(nèi)部多處有較高的加強筋結構，且構件截面尺寸變化較大，局部腹板較薄且壁厚差較大。目前采用由鋼板分體沖壓成形后焊接的加工方法使構件的質(zhì)量較大，無法實現(xiàn)裝備輕量化的需求。而高強鋁合金復雜筋板構件的整體塑性成形比較困難，常規(guī)成形過程容易產(chǎn)生折疊、充不滿等缺陷。而高強鋁合金則有塑性較低、成形

2、溫度范圍較窄、成形過程容易產(chǎn)生缺陷等問題，上述問題均增大了此類構件加工制造的難度。研究高強鋁合金復雜筋板構件整體塑性成形新技術，突破其制造瓶頸，是現(xiàn)代裝備輕量化研究領域的迫切需求。
　　本文利用塑性成形理論與有限元數(shù)值模擬及試驗相結合的方法，對高強鋁合金復雜筋板構件成形過程中材料流動特性進行了研究；研究了變形過程中應力、應變、載荷、速度矢量等物理場量的分布及變化規(guī)律；研究了預成形毛坯結構參數(shù)對的金屬流動規(guī)律的影響；建立了整體成形過

3、程金屬材料流動模型，對模型各個區(qū)域進行力學分析，研究不同成形階段金屬材料流動模式；利用主應力法建立軸向分流成形分流面半徑計算公式；推導出了軸向分流單位成形力計算公式；提取并構建V型及L型筋結構模型，研究了成形過程金屬材料流動特性，對各變形區(qū)區(qū)域進行了力學分析，研究工藝參數(shù)及結構參數(shù)對成形載荷及金屬材料流動規(guī)律的影響；研究V型筋板構件折疊缺陷形成機制，建立了V型筋板構件折疊極限圖，研究了V型筋結構參數(shù)對折疊極限的影響；總結歸納出鋁合金L型

4、構件結構參數(shù)的基本設計準則。
　　研究了高強鋁合金復雜筋板構件預成形毛坯結構參數(shù)優(yōu)化設計方法，基于試驗設計及響應曲面法，建立以預成形毛坯結構參數(shù)為設計變量，以變形均勻性系數(shù)Ψm、材料利用率Vk及終成形載荷Fz為目標函數(shù)的響應面模型，利用線性加權法對回歸模型進行多目標優(yōu)化分析求解，獲得最優(yōu)化的預成形結構參數(shù)，各目標函數(shù)均得到了最優(yōu)解：變形均勻性系數(shù)指標降低7％、材料利用率提高6%、終成形載荷Fz降低了7%。
　　研究高強鋁合金

5、復雜筋板構件整體成形新技術，提出針對此類構件的軸向分流成形工藝：通過優(yōu)化預成形毛坯、控制材料的軸向分流，提高材料徑向流動性，降低了坯料充填模腔的阻力，使終成形載荷降低60%以上。通過優(yōu)化軸向分流關鍵工藝參數(shù)，避免了終成形折疊及充不滿等缺陷。成功試制出高強鋁合金復雜筋板構件，綜合力學性能較常規(guī)整體成形提高10%以上，完全滿足裝備服役指標要求。
　　以上研究結論及成果為高強鋁合金復雜筋板構件的整體成形技術提供了理論基礎，對實現(xiàn)此類構件