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高强铝合金薄壁纵筋构件挤压成形规律与工艺优化研究

李贵重  
【摘要】:近年来,随着航天航空和导弹武器系统等产业的高速发展,大型复杂的铝合金带筋薄壁零件越来越得到重用。带I型纵筋薄壁铝合金构件就是其中的典型代表,其应用于新型航天和武器装备关键部位,是航天和国防装备中不可或缺的高性能轻量化构件。此构件现有的连接成形制造方法存在许多弊端,而挤压成形工艺能够实现带筋薄壁构件的整体成形,可代替传统的连接成形,具有重要意义。本文首先采用6061铝合金为材料,以带I型纵筋薄壁铝合金构件为研究对象,进行了挤压模具的设计。以HyperXtrude软件为平台建立起实际的挤压仿真模型,通过合理的设置挤压参数对挤压过程进行了数值模拟,分析讨论了挤压过程中金属材料的成形规律,包括型材的变形情况、模具型腔内材料的流动规律等。研究表明,挤压过程中的金属材料流动不均匀是型材产生成形缺陷的主要原因。针对6061铝合金挤压过程中产生的成形缺陷,系统探究了调整分流孔、增设阻流块和增设二级焊合室对挤压成形的影响规律。研究表明,在金属流动速度较慢的区域,可通过增大分流孔面积来增大该区域的金属流动速度;阻流块对靠近模孔入口处的金属流动起到缓流作用;二级焊合室可在结构优化的后期阶段对金属流动均匀性起到微调的作用。此外,通过采用控制变量法对挤压速度、坯料预热温度和模具预热温度等挤压工艺参数进行探究。研究发现,挤压速度增大,型材平均温升非常显著,挤压力也越大。坯料预热温度的增大,能减小型材的变形,使金属流速更加均匀;过大的挤压速度和模具预热温度反而会加大金属流动的不均匀性。在前面挤压成形过程中模具结构和工艺参数优化设计的基础上,采用7075铝合金为材料,构建精密挤压仿真模型。基于Taguchi法对挤压过程进行多目标优化设计,采用信噪比和变异数分析技术,得出挤压过程最佳工艺参数组合,并结合生产实际对挤压过程进行预测分析。研究结果表明,在7075铝合金挤压成形的过程中,可采用扩大分流孔入口面积、在上模和下模同时增加阻流块的多重模具优化措施来减小型材的变形,提高型材的质量。在挤压参数方面,应该选择较低的挤压速度,较高的坯料预热温度,同时选择适中的模具预热温度和挤压筒预热温度。


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