【摘要】：超薄壁彎管在航空、航天產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛,為了探索無縫超薄壁彎管的成形規(guī)律和制造工藝,本文以6061鋁合金超薄壁管為研究對象,通過單向拉伸試驗(yàn)、自由脹形試驗(yàn)、有限元模擬軟件DYNAFORM,獲得了管材的基本力學(xué)性能和成形性能參數(shù),構(gòu)建了相關(guān)性較好的本構(gòu)關(guān)系,研究了充液壓彎成形中工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響規(guī)律,分析了試驗(yàn)中管材缺陷產(chǎn)生的原因,提出了對應(yīng)的解決方案,最終制備出符合航空制造手冊要求的Φ50.5 mm×0.5 mm的6061鋁合金無縫超薄壁彎管。首先,通過單向拉伸試驗(yàn)獲得6061-O態(tài)、W態(tài)、T6態(tài)鋁合金薄壁管和超薄壁管的常規(guī)力學(xué)性能參數(shù)和厚向異性系數(shù),比較四種經(jīng)典本構(gòu)方程對管材均勻塑性變形階段真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線的擬合結(jié)果,發(fā)現(xiàn)具有冪指數(shù)函數(shù)的本構(gòu)方程擬合結(jié)果相關(guān)系數(shù)最高,進(jìn)而以此方程為基礎(chǔ)構(gòu)建有限元材料模型。其次,采用薄壁管自由脹形試驗(yàn),結(jié)合管材成形性能自適應(yīng)求解軟件,進(jìn)一步精確測量薄壁管的成形性能參數(shù),特別是對進(jìn)行實(shí)際成形試驗(yàn)的6061-W態(tài)鋁合金薄壁管,獲得最接近其真實(shí)成形性能的參數(shù)(K=327,n=0.298),使其材料模型更加實(shí)用,有限元模擬中能夠更加準(zhǔn)確的預(yù)測實(shí)際成形結(jié)果,有效地指導(dǎo)了管材的充液壓彎試驗(yàn)。然后,以材料模型為基礎(chǔ),在有限元模擬軟件中建立管材充液壓彎的有限元模型,探索超薄壁管的充液壓彎工藝路線,研究相應(yīng)的工藝參數(shù)對其成形質(zhì)量的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):6061-W態(tài)鋁合金管在充液壓彎模擬中成形質(zhì)量最好;隨著充液壓力的增大,超薄壁管截面畸變率減小,在管材未發(fā)生自由脹形前最適內(nèi)壓為1.4 MPa;壓彎間距逐漸增大,能夠顯著減輕彎管內(nèi)側(cè)褶皺程度,但超過500 mm后減輕作用不明顯;采用正弦加載能夠提高超薄壁管的成形極限,降低彎管外側(cè)減薄率;通過增加壁厚即采用薄壁管進(jìn)行試驗(yàn),可以顯著改善充液壓彎管材的成形質(zhì)量,提高成形極限。最后,在安裝有壓彎模具的液壓機(jī)上進(jìn)行管材的充液壓彎試驗(yàn),結(jié)果表明:超薄壁管充液壓彎的最大下壓量為35 mm,回彈量為5 mm;帶有約束裝置的充液壓彎,其管材成形質(zhì)量明顯優(yōu)于沒有約束裝置的充液壓彎;聚氨酯墊塊能夠有效減輕約束裝置在管材上留下的夾痕;內(nèi)壓過大或者下壓量過大容易造成管材過度減薄拉裂;6061鋁合金超薄壁管實(shí)際成形后的截面畸變率和減薄率整體略大于薄壁管,超薄壁管在實(shí)際成形中容易產(chǎn)生高于模擬值的截面畸變率。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V261;TG306

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