广泛应用于飞机气动外形的大型蒙皮零部件的生产。直角方管蒙皮拉形过程表面缺陷的产生会严重影响了蒙皮的使用寿命,往往成为零件报废的主要原因。因此,针对蒙皮表面质量的研究成为近年来材料/构件成形研究领域的热点之一。本文以第三代Al-Li-S4-T8态铝锂合金为研究对象,系统的研究了拉形过程中应变速率、应变量等工艺参数对拉形件表面橘皮缺陷的影响规律,得到临界橘皮现象产生的判据标准,利用不同应变路径建立了针对橘皮现象的成形极限图,并在此基础上研究了电脉冲对改善材料拉形质量的作用效果,最后将所建立的成形极限图运用到Al-Li-S4铝合金典型蒙皮构件的拉形仿真模拟中,为制定最佳拉形工艺提供理论参考。直角方管主要的研究内容和成果如下:1构建了基于万能试验机与非接触式光学应变仪相结合的拉形工艺与表面缺陷检测同步试验系统,对比分析不同拉伸速率对Al-Li-S4铝锂合金表面橘皮缺陷的影响规律,获得了最佳应变速率。2对比分析在最佳应变速率下,应变量对Al-Li-S4铝锂合金拉形件表面形貌变化的影响规律,分析得到临界橘皮状态下合金的表面形貌。3基于光学粗糙度测试仪,分析了试样表面粗糙度随应变量的变化规律,提出了将粗糙度作为表征临界橘皮状态的一个判据,实现了临界橘皮状态的准确数学表征。4通过分析直角方管的微观金相组织,查明了Al-Li-S4-T8态铝锂合金易产生橘皮现象的原因,并对橘皮缺陷的产生机制进行了分析研究。
开展了不同缺口试样设计,获取了不同的应变路径,并通过实验,建立了Al-Li-S4铝锂合金产生橘皮缺陷的成形极限曲线方程。此基础上,为了改善材料的拉形性能,提高拉形件的表面质量,提出了电脉冲辅助拉伸成形新方法,实验发现脉冲电流的施加对材料橘皮现象的产生起到一定的延缓作用。并通过原有的方法建立了拉形过程施加脉冲电流的成形极限图及相应的成形极限曲线方程。6基于MA RC软件,建立了Al-Li-S4铝锂合金典型蒙皮件的拉伸过程有限元分析模型。通过将成形极限图引入拉形仿真分析过程,研究了不同拉形工艺对其成形性能的影响,从而为改进拉形工艺提供理论参考。驱动桥壳是车辆驱动桥传动系统的安装支撑体,直角方管商用车拉伸成形技术拉伸成形技术是航空航天制造技术领域中比较常见的板材成形方法。车辆行驶过程中起着承重和传力的重要作用,要求具有较高的机械性能。针对目前商用车厚壁驱动桥壳制造技术的不足和汽车轻量化的发展趋势,本课题提出了商用车整体驱动桥壳成形新工艺,即驱动桥壳由一根直角方管经过两端缩径、内壁整形及中部琵琶孔机械扩胀制造完成。与传统的桥壳制造工艺相比,新型
厚壁方管整体桥壳成形工艺能够简化工艺流程,桥壳减重效果明显,并能极大减轻焊接接缝对桥壳性能的影响,大幅度提高驱动车桥的承载能力。论文详细介绍了使用直角方管成形商用车整体驱动桥壳的工艺流程,对驱动桥壳两端轴头和琵琶孔的成形方式提出了创新性的设计,从理论解析、数值模拟和工艺试验等角度对其中关键的成形工序进行了深入探索,研究了金属在制造过程中的变形机理和工艺参数变化对产品成形性的影响规律,进而完善整体驱动桥壳成形的工艺理论。针对所提出的商用车整体驱动桥壳成形工艺中轴头的成形,论文提出了变温度场下推压缩径-抽芯整形和推压缩径-机加工的成形方式,给出了直角方管推压缩径和内腔抽芯整形的力学模型,使用上限法对厚壁直角方管在轴向压力作用下发生缩径变形以及型芯抽出缩径部位的极限载荷进行了理论解析。