航天用镁合金锥壳内环筋构件挤压成形工艺研究

摘要

随着航空航天技术的发展，对轻合金复杂整体构件的需求越来越强烈。本文研究对象为整体成形难度较大的航天用某大型锥壳内环筋构件，材料为Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金，针对此内环筋构件制定了锥壳省力挤压成形工艺，设计配套模具并进行了实验验证。主要做了以下几方面的工作：
　　首先，应用Gleeble?1500热模拟试验机，对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金流变性能进行了系统的研究。应用Johnson-Cook本构模型计算得到Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金的Johnson-Cook本构方程为：
　　σ=(130-1949ε3.7682)(1+0.12727lnε*)(1-1.723T*0.134)。
　　其次，基于Deform-3D有限元分析软件，通过数值模拟制定了本文要成形的大型锥壳内环筋构件锥壳的省力挤压成形工艺，重点分析了预成形坯料底厚和凸模上部锥度对成形过程中挤压力的影响。
　　提出了内环筋斜锲加载挤压成形新工艺。针对内筋成形过程中关键模具分瓣模，设计了三种不同结构的分瓣模，通过数值模拟确定了最佳分瓣模结构，在选定分瓣模结构的基础上分析了分瓣模圆角半径和倾斜角对内筋成形过程中金属充填性的影响。分析研究了坯料预成形温度和分瓣模径向进给对内筋成形过程中等效应力、等效应变和损伤值的影响，得到最佳工艺参数为坯料温度380℃，模具温度420℃，径向进给速度2mm.s-1。
　　最后，在选定模具结构和工艺参数的基础上，设计相关模具，进行了实验验证。实验结果表明，通过多道次省力挤压和内筋斜锲加载挤压成形在现有实验设备的条件下可以实现该锥壳内环筋构件的成形，成形后的筋部充填饱满，无明显缺陷，验证了成形工艺的可行性。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2稀土镁合金概述

1.3 圆锥形构件成形工艺概述

1.4内环筋构件成形工艺及研究现状

1.5本课题的研究目的及内容

2 Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金本构方程的建立

2.1引言

2.2热压实验和实验结果分析

2.3 Johnson-Cook本构方程的建立

2.4 小结

3 锥壳挤压成形工艺分析及数值模拟

3.1引言

3.2成形工艺分析

3.3锥壳成形有限元数值模拟

3.4锥壳省力挤压成形工艺及有限元数值模拟

3.5成形工艺的确定

3.6小结

4 内环筋挤压成形工艺及数值模拟

4.1 引言

4.2内环筋挤压成形工艺研究

4.3分瓣模结构对成形过程中筋部充填规律的影响

4.4预成形温度对内环筋挤压成形的影响

4.5径向进给对内环筋挤压成形的影响

4.6 小结

5 模具设计与实验试制

5.1引言

5.2模具材料的选择

5.3主要模具设计

5.4模具装配图

5.5实验条件

5.6 实验过程

5.7实验结果及分析

5.8 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢