6061铝合金管材成形性能评价及参数优化研究

发布时间：2019-10-12 19:51

【摘要】：Al-Mg-Si系6061铝合金因具有较好的延展性、较高的比强度、耐腐蚀性、优异的焊接性能以及较突出的抗应力腐蚀能力,在航空航天、核电工程、汽车等行业扮演着愈发重要的角色。为研究6061铝合金管材成形性能,本文采用了单向拉伸实验获得材料基本力学性能,基于此设计并研发了管材成形性能测试设备。本文研究了胀形间距、加压速率、初始壁厚以及热处理状态对6061铝合金管材自由胀形实验的胀形高度及胀破压力的影响规律。基于管材自由胀形中抛物线轮廓理论与实验研究,计算出管材初始应变强化指数n和初始应变强化系数K。通过可视化编程软件VB 6.0编写了材料参数自适应优化软件,实现了DEFORM软件与VB 6.0的有机结合,提高了材料本构方程的准确性。首先,基于抛物线轮廓理论模型,建立了管材胀形过程的解析模型,获得管材初始内径与外径、胀形区半长、胀形内压、胀形过程中的壁厚等重要参数间的关系。结合平面应力条件下应力应变关系与各向异性屈服准则,解析出等效应力应变。采用Hollomon公式将等效应力应变对数化处理,获得初始应变强化系数K和应变强化指数n求解式。其次,通过单向拉伸试验获取了O态、W态超薄壁及O态薄壁6061铝合金管材基本力学性能,对比发现,O态薄壁管断后延伸率最大,O态超薄壁管次之,W态超薄壁管最小。基于此设计了自由胀形模具系统,并验证其强度。另外,设计了一套可实现压力加载、水平冲头进给、实时内压P与实时胀形周长C采集的液压控制系统。然后,研究了不同胀形间距、加压速度、初始壁厚及管材热处理状态对胀形试验的影响规律。研究发现,随着胀形间距增大,胀形高度曲线及胀破压力曲线基本呈现下降的趋势;随加压速率的增大,胀形高度曲线总体上均呈现出上升趋势,且胀破压力均表现出下降趋势;薄壁管胀形高度与胀破压力曲线明显高于超薄壁管,且变化规律较为一致;O态管材胀形高度曲线整体上高于W态管材,胀破压力曲线低于W态管材。这一研究成果对薄壁及超薄壁铝合金管材内高压成形工艺开发和模具设计具有重要的指导意义。最后,开发出管材成形性能参数自适应优化系统。基于DEFORM-3D中不同韧性断裂准则,进行了管材自由胀形模拟。然后,对比模拟结果与实验结果,进一步修正应变强化系数K和应变强化指数n,通过多步迭代计算,从而提高了求解精度,并提高了有限元模拟仿真的准确度。
【图文】：

示意图,拉伸试样,管材,轴向

通过水平冲头将材料轴向推进可以降低。特定情况下获得的极限形变，通常由成形极限图能，可以建立有限元模拟的材料模型，材料模型性能参数的研究工作，对管材内高压成形工艺的意义。将使管材在航空航天、核电及汽车等领域能测试方法伸试验管材上沿轴向用线切割等工具切取标准拉伸试样，学参数的方法即为展平法。该方法将板材拉伸试。但是，管材拉伸试样在展平后，，产生加工硬化受到较大影响。

示意图,环箍,拉伸试验,夹具

60 13R26总长度330Φ31纯铁管用塞子60 10R20纯铝管用塞子总长度270Φ011标记区35图 1.2 整管轴向拉伸示意图[17]拉伸试验展平法单向拉伸实验中加工硬化对基本力学性能参数的影响[10]，研究者法。该法直接从管段切取一定长度的环状管材，并在环向加工出类似展试样。环箍拉伸试验需设计专用夹具，其装置和试样分别如图 1.3 所示参数较展平法单向拉伸试验准确，但是实验时应解决夹具与拉伸试样之
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG306

【参考文献】