廣泛應用于飛機氣動外形的大型蒙皮零部件的生產。直角方管蒙皮拉形過程表面缺陷的產生會嚴重影響了蒙皮的使用壽命,往往成為零件報廢的主要原因。因此,針對蒙皮表面質量的研究成為近年來材料/構件成形研究領域的熱點之一。本文以第三代Al-Li-S4-T8態鋁鋰合金為研究對象,系統的研究了拉形過程中應變速率、應變量等工藝參數對拉形件表面橘皮缺陷的影響規律,得到臨界橘皮現象產生的判據標準,利用不同應變路徑建立了針對橘皮現象的成形極限圖,并在此基礎上研究了電脈沖對改善材料拉形質量的作用效果,最后將所建立的成形極限圖運用到Al-Li-S4鋁合金典型蒙皮構件的拉形仿真模擬中,為制定最佳拉形工藝提供理論參考。直角方管主要的研究內容和成果如下:1構建了基于萬能試驗機與非接觸式光學應變儀相結合的拉形工藝與表面缺陷檢測同步試驗系統,對比分析不同拉伸速率對Al-Li-S4鋁鋰合金表面橘皮缺陷的影響規律,獲得了最佳應變速率。2對比分析在最佳應變速率下,應變量對Al-Li-S4鋁鋰合金拉形件表面形貌變化的影響規律,分析得到臨界橘皮狀態下合金的表面形貌。3基于光學粗糙度測試儀,分析了試樣表面粗糙度隨應變量的變化規律,提出了將粗糙度作為表征臨界橘皮狀態的一個判據,實現了臨界橘皮狀態的準確數學表征。4通過分析直角方管的微觀金相組織,查明了Al-Li-S4-T8態鋁鋰合金易產生橘皮現象的原因,并對橘皮缺陷的產生機制進行了分析研究。
開展了不同缺口試樣設計,獲取了不同的應變路徑,并通過實驗,建立了Al-Li-S4鋁鋰合金產生橘皮缺陷的成形極限曲線方程。此基礎上,為了改善材料的拉形性能,提高拉形件的表面質量,提出了電脈沖輔助拉伸成形新方法,實驗發現脈沖電流的施加對材料橘皮現象的產生起到一定的延緩作用。并通過原有的方法建立了拉形過程施加脈沖電流的成形極限圖及相應的成形極限曲線方程。6基于MA RC軟件,建立了Al-Li-S4鋁鋰合金典型蒙皮件的拉伸過程有限元分析模型。通過將成形極限圖引入拉形仿真分析過程,研究了不同拉形工藝對其成形性能的影響,從而為改進拉形工藝提供理論參考。驅動橋殼是車輛驅動橋傳動系統的安裝支撐體,直角方管商用車拉伸成形技術拉伸成形技術是航空航天制造技術領域中比較常見的板材成形方法。車輛行駛過程中起著承重和傳力的重要作用,要求具有較高的機械性能。針對目前商用車厚壁驅動橋殼制造技術的不足和汽車輕量化的發展趨勢,本課題提出了商用車整體驅動橋殼成形新工藝,即驅動橋殼由一根直角方管經過兩端縮徑、內壁整形及中部琵琶孔機械擴脹制造完成。與傳統的橋殼制造工藝相比,新型
厚壁方管整體橋殼成形工藝能夠簡化工藝流程,橋殼減重效果明顯,并能極大減輕焊接接縫對橋殼性能的影響,大幅度提高驅動車橋的承載能力。論文詳細介紹了使用直角方管成形商用車整體驅動橋殼的工藝流程,對驅動橋殼兩端軸頭和琵琶孔的成形方式提出了創新性的設計,從理論解析、數值模擬和工藝試驗等角度對其中關鍵的成形工序進行了深入探索,研究了金屬在制造過程中的變形機理和工藝參數變化對產品成形性的影響規律,進而完善整體驅動橋殼成形的工藝理論。針對所提出的商用車整體驅動橋殼成形工藝中軸頭的成形,論文提出了變溫度場下推壓縮徑-抽芯整形和推壓縮徑-機加工的成形方式,給出了直角方管推壓縮徑和內腔抽芯整形的力學模型,使用上限法對厚壁直角方管在軸向壓力作用下發生縮徑變形以及型芯抽出縮徑部位的極限載荷進行了理論解析。