2198铝锂合金板材充液拉深温成形数值模拟及试验研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JohnWaken19
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2198铝锂合金作为第三代新型铝锂合金,是一种先进轻量化结构材料,因其具有低密度、高比强度、高比刚度、良好的疲劳性能和优异的耐腐蚀性等优良综合性能,被广泛用于航空航天器的零件制造。但该材料在室温下塑性较差,用传统工艺成形复杂薄壁零件较为困难。板材液压成形技术是一种较为先进的金属板材成形技术,具有成形极限高、零件表面质量好和生产成本低等优点。板材液压温成形是在板材液压成形的基础上,考虑温度因素,采用导热油作为传力介质,在温度和流体压力诱导的厚度法向应力作用下,使得板材的成形性能得到进一步的提高。由此可见,板材液压温成形工艺适用于航空航天领域复杂薄壁件的成形。因此,研究2198铝锂合金板材液压温成形的过程,掌握工艺参数对成形的影响规律,对我国新型航空航天材料的研究和应用具有重要意义。  本文以2198铝锂合金板材为研究对象,对其基本成形性能和充液拉深温成形过程进行了深入研究。  (1)通过单向拉伸试验,获得2198铝锂合金板材在24℃至300℃范围内的基本成形性能参数。对不同温度下的拉伸试样断口进行了 SEM测试,从断口形貌上分析了温度对材料塑性的影响。另外,用基本成形性能参数拟合得到了2198铝锂合金在不同温度和应变速率条件下的本构方程,为有限元数值模拟成形提供了材料参数支撑。  (2)本文以成形筒形件为例,采用有限元分析软件DYNAFORM,对2198铝锂合金板材充液拉深温成形的过程进行数值模拟。通过改变成形温度、压边间隙、液室压力和润滑条件等工艺参数,研究工艺参数对成形的影响规律。结果表明:提高成形温度能够改善板材的成形性能,2198铝锂合金板材成形最适合温度大约在200℃;此外,成形过程中液室压力、压边间隙以及摩擦系数等关键工艺的须合理选择,过大或过小均会导致破裂或起皱等缺陷的产生,降低板材的成形极限。  (3)自行研制了板材充液拉深温成形试验装置,试验装置主要包括模具、液压系统、加热及冷却系统。基于模拟结果和试验装置对2198铝锂合金板材进行了充液拉深成形试验,分析了成形温度、液室压力、压边间隙和润滑条件等工艺参数对实际成形的影响,通过对比发现数值模拟与试验所获得的参数对充液拉深成形过程的影响规律基本一致。最后,对成形过程中出现的缺陷进行了系统的分析。
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