7050铝合金T形截面高筋薄壁锻件成形工艺优化及多级时效研究

摘要

随着航空航天业的高速发展，航空锻件的轻量化和近净成形发展已经成为大势所趋，原来的钢制锻件逐渐被铝合金锻件所取代，为了进一步减重，铝合金锻件被设计为具有筋板结构，因而被广泛应用于航空航天制造业，此类锻件成形时易出现充不满和成形载荷大以及热处理综合性能（力学性能和耐腐蚀性能）不高的问题,并进一步提高材料利用率。本课题以重庆大学和西南铝业集团有限公司合作开发的某飞机舷窗锻件为研究对象，利用有限元模拟软件Deform对舷窗锻件成形性质量缺陷（充不满，流线紊乱等）以及成形载荷大进行分析，优化坯料形状尺寸以及成形工艺参数，对优化后的参数进行模拟验证，设计等温成型模具及加热系统。同时，借助实验的方法研究不同的时效热处理制度对7050铝合金力学性能、抗晶间腐蚀和电化学腐蚀性能的影响规律，进而提高锻件综合性能。
　　本研究主要内容包括：①阐述国内外对铝合金高筋薄壁类锻件成形工艺以及时效热处理的研究现状。建立舷窗零件三维模型，并对铝合金舷窗锻件的结构及工艺性进行分析，并初步制定成形工艺方案，根据零件图建立锻件三维模型，结合舷窗热锻件模型初步设计热锻模具。②分析舷窗锻件一次整体成形金属流动情况，筋部充填性和成形载荷。优化坯料形状尺寸，针对锻件在成形过程出现的筋部充填不足和成形载荷大的问题，提出解决方案。采用控制变量法，利用Deform-2D模拟分析坯料宽度、模具温度、加载速度和摩擦系数对锻件筋部充填性能和成形载荷的影响规律，确定各个参数合适的取值范围。③采用有限元模拟软件Deform-2D和响应面优化方法相结合的方式，建立关于坯料宽度、模具温度、加载速度和摩擦系数为变量，以筋部充填高度和成形载荷为目标函数的二阶替代模型，利用Design-expert获得舷窗优化成形参数：坯料宽度x1=170mm,模具温度x2=420℃，摩擦系数x3=0.26，成形速度x4=1mm?s-1，并对得到的优化参数进行模拟验证。模拟分析模具应力分布情况，并完成了舷窗等温模具的设计以及加热系统的初步设计，根据模具应力分布，提出了模具制造方案。④揭示了不同时效热处理制度对7050铝合金综合性能的影响。研究发现峰值时效(T6)处理后的试样其强度和延伸率均高于二级时效(T74)试样，回归再时效(RRA)处理试样的强度与 T6时效试样相当甚至比其更高，然而 RRA处理后的试样的延伸率更低，随着回归再时效时间的进一步延长，回归再时效处理的试样强度和延伸率均有所减小。T74和RRA时效处理后的试样比T6时效后的试样有更好的抗晶间腐蚀和抗电化学腐蚀性能，而经过预拉伸时效后的试样（T651和RRA51-60），其抗晶间腐蚀性能和抗电化学腐蚀的能力都要差于没有经过预拉伸时效的试样（T6和RRA），但是，预拉伸时效处理能够提高试样的屈服强度。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 高筋薄壁锻件成形工艺研究现状

1.3 7xxx系铝合金热处理工艺

1.4 课题研究内容与研究意义

2 7050铝合金T型截面锻件成形过程数值模拟

2.1 零件尺寸及结构工艺分析

2.2 舷窗锻件成形数值模拟

2.3 坯料形状尺寸设计及成形模拟分析

2.4 本章小结

3 坯料宽度及工艺参数对锻件成形质量的影响规律研究

3.1 整体一次成形模拟及分析

3.2 坯料宽度对高筋薄壁锻件成形质量影响

3.3 工艺参数对高筋薄壁锻件成形质量影响

3.4 工艺优化及模拟验证

3.5 本章小结

4 舷窗成形模具设计

4.1 模具型腔及顶杆设计

4.2 模具应力分析及模具材料选择

4.3 舷窗加热系统初步设计

4.4 本章小结

5 7050铝合金试件时效处理工艺研究

5.1 实验材料及方法

5.2 试验研究

5.3 时效制度对7050铝合金试件强度及耐腐蚀性能的影响

5.4 分析和讨论

5.5 本章小结

6 结果与展望

6.1 结果

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目