6061铝合金超薄壁弯管的充液成形数值模拟与试验研究

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1、中图分类号：TG146.2TG389论文编号：102870615-S001学科分类号：080503硕士学位论文6061铝合金超薄壁弯管的充液成形数值模拟与试验研究研究生姓名金先玉学科、专业材料加工工程研究方向金属塑性成形指导教师陶杰教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyNumericalSimulationandExperimentalInvestigatio

2、nontheFormingofUltraThin-walledElbowof6061AluminumAlloywithInternalPressureAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyJinXianyuAdvisedbyProf.TaoJieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方

3、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要超薄壁弯管在航空、航天产业中应用广泛，为了探索无缝超薄壁弯管的成形规律和制造工艺，本文以6061铝合金超薄壁管为研究对象，通过单向拉伸试验、自由胀形试验、有限元模拟软件DYNAFORM，获得了管材的基本力学性能和成形性能参数，构建了相关性较好的

4、本构关系，研究了充液压弯成形中工艺参数对成形质量的影响规律，分析了试验中管材缺陷产生的原因，提出了对应的解决方案，最终制备出符合航空制造手册要求的Φ50.5mm×0.5mm的6061铝合金无缝超薄壁弯管。首先，通过单向拉伸试验获得6061-O态、W态、T6态铝合金薄壁管和超薄壁管的常规力学性能参数和厚向异性系数，比较四种经典本构方程对管材均匀塑性变形阶段真应力-真应变曲线的拟合结果，发现具有幂指数函数的本构方程拟合结果相关系数最高，进而以此方程为基础构建有限元材料模型。其次，采用薄壁管自由胀形试验，结合管材成形性能自适应求解软件，进一步精确测量薄壁管的成形性能参数，特别是对进行

5、实际成形试验的6061-W态铝合金薄壁管，获得最接近其真实成形性能的参数（K=327,n=0.298），使其材料模型更加实用，有限元模拟中能够更加准确的预测实际成形结果，有效地指导了管材的充液压弯试验。然后，以材料模型为基础，在有限元模拟软件中建立管材充液压弯的有限元模型，探索超薄壁管的充液压弯工艺路线，研究相应的工艺参数对其成形质量的影响规律。研究发现：6061-W态铝合金管在充液压弯模拟中成形质量最好；随着充液压力的增大，超薄壁管截面畸变率减小，在管材未发生自由胀形前最适内压为1.4MPa；压弯间距逐渐增大，能够显著减轻弯管内侧褶皱程度，但超过500mm后减轻作用不明显；采

6、用正弦加载能够提高超薄壁管的成形极限，降低弯管外侧减薄率；通过增加壁厚即采用薄壁管进行试验，可以显著改善充液压弯管材的成形质量，提高成形极限。最后，在安装有压弯模具的液压机上进行管材的充液压弯试验，结果表明：超薄壁管充液压弯的最大下压量为35mm，回弹量为5mm；带有约束装置的充液压弯，其管材成形质量明显优于没有约束装置的充液压弯；聚氨酯垫块能够有效减轻约束装置在管材上留下的夹痕；内压过大或者下压量过大容易造成管材过度减薄拉裂；6061铝合金超薄壁管实际成形后的截面畸变率和减薄率整体略大于薄壁管，超薄壁管在实际成形中容易产生高于模拟值的截面畸变率。关键词：无缝超薄壁管，成形性能

7、，有限元模拟，充液压弯I6061铝合金超薄壁弯管的充液成形数值模拟与试验研究AbstractConsideringtheapplicationofultrathin-walledelbowsintheaerospaceindustry,ultrathin-walledelbowsof6061aluminumalloywereinvestigatedtoexploremanufacturingprocessandforminglawsofseamlessultrathin-walledpipe