薄壁鋁合金管材熱擠壓縮口增厚流變行為研究.pdf

1、管材的塑性成形在航空航天、汽車船舶等制造工業(yè)均有廣泛的應(yīng)用。目前飛機(jī)拉桿類零件采用管材縮口成形后鉚接螺紋套筒方法制造，連接強(qiáng)度不穩(wěn)定、制造成本高，且無法達(dá)到產(chǎn)品減重的目的。若采用新方法將管材縮口處徑向增厚后直接攻螺紋，則將顯著增加飛機(jī)拉桿的連接強(qiáng)度與降低成本。管材縮口成形一般忽略徑向增厚問題，未考慮材料組織與性能變化，這關(guān)系到航空航天工業(yè)零件的應(yīng)用質(zhì)量與壽命。
　　針對(duì)上述問題，本文以直徑22mm、壁厚1mm的LF2M鋁合金管材為

2、對(duì)象，開展薄壁鋁合金管材熱擠壓縮口增厚變形材料流變行為研究。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立管材在熱擠壓下的材料性能測(cè)試方法。根據(jù)材料流變應(yīng)力行為，選擇并計(jì)算得到準(zhǔn)確的材料流變應(yīng)力模型。通過有限元數(shù)值模擬，分析材料流動(dòng)行為及工藝參數(shù)影響。主要內(nèi)容及成果如下：
　　首先，根據(jù)現(xiàn)有管材力學(xué)性能及成形性能的測(cè)試方法，建立一種薄壁環(huán)壓縮測(cè)試管材熱壓下性能的方法。通過對(duì)壓縮過程中試樣進(jìn)行受力分析，是否出現(xiàn)失穩(wěn)缺陷與試樣高度選擇密切相關(guān)。提出高厚

3、比（即L/t）這一參數(shù)描述環(huán)壓縮試樣幾何尺寸。高厚比大小是導(dǎo)致是否出現(xiàn)失穩(wěn)缺陷的重要因素，需有效控制，以至準(zhǔn)確描述材料流變應(yīng)力狀態(tài)。
　　第二，在變形溫度為350℃～475℃，應(yīng)變速率為0.01s-1～1s-1進(jìn)行真空等溫環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)，分析三種高厚比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明：高厚比為1時(shí)，隨著壓縮量增加，因切向壓應(yīng)力超過臨界值導(dǎo)致接觸模具面起皺失穩(wěn)；高厚比為3時(shí)，壓應(yīng)力超過臨界值，試樣內(nèi)部材料堆積出現(xiàn)起皺現(xiàn)象；高厚比為2時(shí)，壓縮后試樣未出

4、現(xiàn)上述缺陷。
　　第三，根據(jù)薄壁環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)，材料沿中性面向兩側(cè)流動(dòng)，得到管材在熱壓下基本性能參數(shù)，分析溫度和應(yīng)變速率對(duì)材料性能影響。結(jié)果表明：在相同應(yīng)變速率，變形溫度升高，流變應(yīng)力值明顯降低；在同一變形溫度，應(yīng)變速率增加，流變應(yīng)力值明顯升高。
　　第四，觀察環(huán)壓縮試樣微觀組織，原始晶粒為等軸晶粒，壓縮后試樣圓弧面和縱截面晶粒均沿材料流動(dòng)方向被拉長。隨著變形溫度的升高晶粒長大較為明顯，在475℃時(shí)晶粒分布規(guī)律，組織穩(wěn)定性較高；

5、在低應(yīng)變速率時(shí)，晶粒均勻長大且分布規(guī)律；在高應(yīng)變速率時(shí)，晶粒變形程度小且分布無規(guī)律。
　　第五，在環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，研究管材熱壓下的流動(dòng)應(yīng)力變化特征?；诮?jīng)典的Arrhenius流變應(yīng)力方程，建立Z參數(shù)流變應(yīng)力關(guān)系模型，通過驗(yàn)證得知所建模型具有較高的精度。
　　最后，根據(jù)流變應(yīng)力模型，基于ABAQUS有限元分析軟件，建立薄壁管材熱擠壓縮口增厚成形三維有限元模型。分析材料流動(dòng)規(guī)律及各工藝參數(shù)對(duì)成形影響。結(jié)果表明：適當(dāng)加大