铝合金带枝桠线轴形构件的挤压成形工艺研究

摘要

武器装备的轻量化可以提高其整体的战斗性，对中远距离精确打击有着至关重要的意义。目前，铝合金被广泛用于武器装备的轻量化中，本文研究的铝合金带枝桠线轴形构件是某飞行器上的核心部件，属于较难成形的一种。本构件是尺寸较大的薄壁件，不仅腰身高径比很大，而且上下部均存在数量较多的枝桠凸起，同时口部直径还小于筒身直径，加之铝合金可挤压性低、塑性较差，这几大难点决定了其成形难度较大。 本文提出了热挤压成形工艺并选用2A12硬铝合金作为成形材料进行了全面的有限元仿真模拟和试验研究。基于构件特点，本文选取比较关键的终成形工步对初定的两种成形方案展开讨论，对其进行了结果对比和缺陷成因的分析，在吸取前两者经验的基础上制定了新的成形方案并进行了模拟分析。利用数值模拟探讨了挤压温度和速度对成形的影响，对成形过程中挤压温度的陡升和挤压速度的微小波动进行了验证。分析了两种缩口变形方法的区别，并从缩口入模角θ、上圆角R和坯料直壁与内支撑壁的夹角α三个关键位置对工艺进行了优化，创新性的提出了一种分瓣式内外支撑缩口挤压成形方法和模具，重点研究了不同分瓣模数量所组成的不同间隙对构件内表面的影响。对构件进行了挤压试验，并对产品展开拉伸性能测试。通过这一系列的工作得到了如下结论： （1）本成形工艺路径为：下料→底部八角法兰盘成形→冲孔→缩口→顶部四角法兰盘成形→热处理→机械加工。 （2）确定了底部八角法兰盘成形工步的最佳挤压温度和速度分别为440℃和1mm/s，缩口和顶部四角法兰盘成形工步的最佳挤压温度分别是450℃和460℃，挤压速度都是1mm/s。挤压温度的陡升和挤压速度的微小波动对挤压成形结果的影响较小，可以忽略。 （3）发现首次缩口轴向行程先到达指定位置，后续缩口径向再缓慢到达指定位置的方法可以有效减少轴向载荷，防止缺陷的发生。在对缩口入模角θ模拟时发现“曲线救国”即对大行程的缩口进行成形角度的多次转换可以有效的减少挤压过程中的镦粗现象；上圆角R越大，后续缩口的凸模与坯料的接触时间越少，成形载荷和缺陷发生几率越低；坯料直壁与内支撑壁的夹角α的角度增大可以有效减少终成形载荷，但随着角度的增大，减弱程度变小。得到内支撑最佳分瓣数量为5。 （4）挤压试验获得了合格的产品。材料的抗拉强度和伸长率显著提高，最小值分别达到了434.33MPa和12.03％，远超原始坯料性能。挤压试验基本成功，对类似构件的挤压成形具有很高的参考价值。

目录

声明

1. 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 细晶材料制备方法

1.3铝合金挤压技术的发展

1.4 本课题主要研究内容

2 铝合金带枝桠线轴形构件挤压成形方案的研究

2.1 带枝桠线轴形构件及使用材料简介

2.2 构件成形难点分析

2.3 成形方案的初步制定

2.4 成形方案的数值模拟

2.5 成形方案模拟结果及分析

2.6 提出新的成形方案

2.7 本章小结

3. 铝合金带枝桠线轴形构件成形工艺参数的确定

3.1 关键工艺参数

3.2 工艺参数对挤压成形的影响结果

3.3 其他工步成形工艺参数的确定

3.4 本章小结

4 分瓣式内外支撑缩口成形工艺的优化与模具设计

4.1 热挤压缩口成形的工艺分析

4.2 缩口成形方法的选择

4.3 缩口关键部位工艺参数的确定

4.4 分瓣模数量的优化设计

4.5 缩口成形塑性变形过程

4.6 本章小结

5 铝合金带枝桠线轴形构件的试制与检测

5.1 其它工步模具结构

5.2 实验试制

5.3 挤压件拉伸性能检测

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢