铝合金带枝桠线轴形构件的挤压成形工艺研究

发布时间：2020-07-17 13:40

【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。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG379
【图文】：

装备制造,枝桠,炮弹

和意义轻量化可以提高其整体的战斗性，对当今中远距离打铝合金有着优良的综合性能、比较成熟的制造工艺和航天、军事、汽车、手机等领域。而铝合金带枝桠构出的类似树枝的部分），如图 1.1 所示，是武器装部带有的加强筋、深水鱼雷的外部凸台、行星轮的品中十分常见且应用非常广泛，但由于传统成形工[6-8]，不可避免的会存在金属流线不完整、焊接裂纹了零件的性能，不能满足零件服役条件且生产效率低右，这直接导致生产成本很高[13]。因此其如何能够军工、民用工业等部门研究的重点，而复杂带枝桠带枝桠构件的加工方法提出了更高的要求。

挤压方法

中北大学学位论文变形细化主要是使用挤压、轧制等变形工艺使晶粒变细小。在加工形时的温度、速度，可以有效控制最终成形时的晶粒组织和大小，性能[22]。现在为了突破传统变形工艺真应变量较小的限制，研究出，即对材料产生剧烈剪切变形，如缩径挤压、等径挤压、扩径挤压示为常用挤压方法和新型挤压方法。

工艺设备,方法,挤压机,铝加工厂

北、东北和西南三大铝加工厂家为主到现在已发展为全国各地上千家而且 2017 年亚洲地区原铝总产量为 3800 万吨左右，占到了全球总量个国家在 2017 年总产量中就占比 53%，约 3200 万吨。从国内现有挤和原铝年生产能力来看，都证明我国已经是一个铝挤压加工生产的大仅是生产大国，还不是生产强国，与国外的差距还是很大，表现在以下体技术装备水平低。我国现有铝加工厂中，还是以中小企业居多，其，挤压机多数还是小吨位挤压机，有的工厂虽然有大吨位挤压机，但，还是多并以单根手动操作挤压生产为主，其热处理、挤压、精整等连续生产方式（图 1.3），生产效率低的同时成品率也不高，产品精敢保证。小而粗的生产方式也就仅仅应付一下国内生产需要，很难满术要求。现在国内只有少数大中型厂家引进了国外先进的挤压设备，本压力而使用国内自行设计制造的挤压机，虽然在技术上吸取和借鉴家的技术，但仍然还是有一定差距[34]。

【参考文献】