铝镁合金板材充液热成形技术及过程控制数值模拟

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雅宝题库解析：
通过使用轻质材料实现结构轻量化以解决日益严重的环境题目及节能减排已成为现代工业发展的趋势。然而，这些轻质材料常温下成形困难严重制约了其进一步扩大应用。板材充液热成形兼具常温下板材充液成形和板材温热成形的双重优点，能够显著提高材料的成形性能，实现复杂零件的整体成形，保证成形质量、精度以及产品轻量化的要求。作为一种新型的成形技术，国内外尚处于研究初期，许多关键题目亟待解决。本文研制了实用型的充液热成形装备作为基础实验平台，以铝镁合金5A06-O板材为例，探讨了轻质合金在温热环境下的变形行为，利用数值模拟和工艺实验相结合的方法研究了铝镁合金板材充液热成形的成形性能、变形规律和成形工艺参数，为进一步开展此项技术研究和推广应用打下了基础。基于国内外研究现状，结合常温下板材充液拉深设备和板材温热成形设备的特点，研制成功国内首台板材充液热成形装备。该装备最高工作液压力达到100MPa，充液状态下最高工作温度达到300℃。采用合理的温度控制方式，实现了模具表面的温度均匀性；研制了高温高压下安全可靠的动密封装置，结合合理的加热和冷却方案，解决了高温高压环境下的动密封技术难题；采用合适的控制元件和PLC及可控硅的控制方式，实现了充液热成形过程的液室压力、压边力、温度及成形速度等参数自动控制； 通过单向拉伸试验研究了铝镁合金5A06-O板材在温热条件下的塑性变形行为及基本成形性能，提出了在温热条件下描述材料复杂流变曲线本构方程的建模方法—增函数相减法。通过该方法建立的本构方程形式简单，能够反映温度和应变速率的影响，实现对复杂流变曲线较为准确的描述。 系统研究了铝镁合金5A06-O板材充液热胀形状态下的成形性能及其变形规律，研究表明：超过150℃后材料的成形性才能得到很好的发挥；在各个温度下，要想提高成形性能，需要准确的控制液室压力；高温下的胀形件截面厚度分布规律与常温下出现较大的差别，最薄处并没有如常温下一样出现在胀形件的顶端，而是出现在临近中心区域的环带上。建立了板材充液热成形热力耦合的有限元模型，该模型充分考虑了板材充液热成形条件下的本构关系、屈服准则、单元类型、接触摩擦条件、液压力加载及热传导设置等关键题目，保证了数值模拟的精度和有效性。针对板材充液热成形中同时存在温度和液压力作用的特点，利用有限元数值模拟和韧性断裂准则相结合的方法，提出了考虑温度效应的铝镁合金板材充液热成形韧性断裂准则。该准则无论对成形极限的预测还是破裂位置的预测都比较有效。以铝镁合金5A06-O筒形件充液热拉深成形为例，利用数值模拟和工艺实验相结合的方法，分析了成形过程中加热模式、成形温度、液压力、压边力、拉深速度等关键工艺参数对拉深成形的影响规律，并给出了合理的成形参数选择范围。研究表明，由于受温度梯度的影响，当温度超过150℃时，零件破裂的位置均发生在凹模圆角处，与初始反胀压力、最高液室压力及压边力的大小无关；在提出的合理工艺条件下，铝镁合金5A06-0的成形性能得到了显著改善，拉深比达到2.7，成形高度较常温充液成形提高了118.8%。