基于最大m值的铝合金超塑性胀形控制研究

摘要

铝合金冷成形状态下的塑性较差,成形极为困难,而其超塑性成形却可以有效解决这一问题。因此,铝合金的超塑性成形技术为众多科研人员所广泛研究,然而,这些研究均是基于传统的实验方式,如恒速度、恒应变速率等方法。研究可知,应变速率敏感性指数m值是评定材料超塑性能的重要指标之一,其值越大,材料的超塑性能就越好,所以,本文首次采用最大m值法对铝合金的力学性能进行探索,并提出了基于最大m值法的优化应变速率超塑性气胀成形新方法,为研究铝合金的超塑性及其成形技术提供一种新思路,具有重要的意义。
　　首次采用最大m值法拉伸实验对5083、2A12铝合金的力学性能进行测试,并与恒速度法和恒应变速率法拉伸实验进行对比。结果表明:5083铝合金的最佳拉伸温度为525℃,最大伸长率为331％,具有一定的超塑性;与恒速度、恒应变速率法拉伸相比,基于最大m值法拉伸,不仅提高了延伸率,而且拉伸时间亦有大幅缩减,另外,材料轧制纹理的不同导致其性能各向异性,对5083铝合金的延伸率有着显著的影响;2A12铝合金的最佳拉伸温度为450℃,最大伸长率为121.4%,同样具有一定的超塑性,其在450℃的本构模型参数K为119.95, m为0.344;在450℃,得到2A12铝合金基于最大m值法拉伸实验的真应变(ε)-应变速率(ε)曲线,并对其进行优化,得出优化的真应变(ε)-应变速率(ε)曲线,为有限元模拟提供了依据。
　　采用基于最大m值法的优化应变速率胀形曲线,结合改善壁厚均匀性的正反胀形工艺,对整流罩壳体的胀形过程进行有限元模拟。结果表明:与恒应变速率胀形相比,基于最大m值法的优化应变速率胀形技术,极大的提高了胀形效率;与单向胀形工艺相比,正反胀形工艺不仅能降低材料减薄率,而且能有效改善壁厚均匀性;根据胀形模拟结果,对成形模具进行了优化设计,并得到了基于最大m值法的优化应变速率正反胀形时间(t)-压力(P)控制曲线。
　　采用基于最大m值法的优化应变速率正反胀形时间(t)-压力(P)控制曲线,对整流罩壳体进行胀形实验。结果表明:成形质量好,胀形效率高,而且壁厚的均匀性得到了有效改善,同时,模拟与实验结果吻合良好。

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第1章 绪论

1.1 超塑性的发展与应用

1.2 铝及铝合金

1.3 有限元模拟的发展与应用

1.4 本文研究的主要内容

第2章 材料力学性能研究

2.1 单向拉伸实验

2.2 5083铝合金单向拉伸实验

2.3 2A12铝合金单向拉伸实验

2.4 本章小结

第3章 超塑性胀形模拟与模具设计

3.1 超塑性胀形特点及过程

3.2 超塑性胀形的气压控制技术

3.3 有限元模拟基础

3.4 整流罩单向胀形模拟

3.5整流罩正反向胀形模拟

3.6 模具设计参数的确定

3.7 本章小结

第4章 超塑性胀形实验研究

4.1 实验方案设计

4.2 超塑性胀形实验

4.3本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 研究创新点

5.3 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录