航空制造技術(shù)：6061鋁合金管件磁脈沖沖擊介質(zhì)脹形變形規(guī)律研究
2022-11-26【作 者】徐俊瑞;李毅;王宇陽;趙雨東;王元豐;汪強(qiáng)昆;閆亮明
零部件輕量化是航空業(yè)發(fā)展需求，這促進(jìn)了鋁合金管材及其構(gòu)件的應(yīng)用 [1–2]。6061 鋁合金管材的高質(zhì)量與高效成形工藝，對(duì)于航空制造具有重要的技術(shù)研究價(jià)值。磁脈沖成形就是順應(yīng)這一需求而迅速發(fā)展起來的鋁合金管材成形方法之一。
磁脈沖成形是一種高速率成形技術(shù)，其原理是利用線圈產(chǎn)生的磁場將洛倫茲力施加到工件上。與準(zhǔn)靜態(tài)過程相比，具有較高的應(yīng)變速率，能夠提高材料的成形極限 [3]。研究表明，高成形速率可以將 6061–T4 鋁合金的成形極限提高兩倍以上 [4]。在高成形速率下，慣性效應(yīng)抑制了頸縮過程中試樣的應(yīng)變梯度，從而使失效應(yīng)變?cè)黾?[5]。
目前，磁脈沖成形在管件上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)管件的脹形、縮頸和連接 [6–8]。對(duì)放電能量預(yù)測 [9]、管件長度與位置的選擇 [10] 和線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究 [11]，使管件磁脈沖成形理論愈加成熟。設(shè)計(jì)凹型線圈 [12] 或采用漸進(jìn)成形的方法 [13] 解決了傳統(tǒng)磁脈沖脹形存在的管件壁厚減小、軸向變形不均勻等問題。多向磁壓力的管件脹形工藝可以顯著增加軸向進(jìn)給量，減小拉應(yīng)力和壁厚減薄，因此可以獲得較高的脹形高度 [14]。
傳統(tǒng)的磁脈沖管件脹形依然存在著一些問題，線圈的大小受限于管直徑的大小，如成形效果受限于管材料的導(dǎo)電性，并且存在壁厚減薄嚴(yán)重、軸向變形不均勻等問題。本文采用管件磁脈沖沖擊介質(zhì)脹形工藝，將磁脈沖成形與柔性脹形工藝相結(jié)合 [15]，用平板線圈代替螺旋線圈，利用其與驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)生的電磁力沖擊介質(zhì)從而使管件發(fā)生脹形。為了研究該工藝的可行性，在 ANSYS 中建立 2D 模型，選用 6061鋁合金管件作為研究對(duì)象，通過仿真方法，研究管件脹形變形規(guī)律。
【結(jié) 論】
（1）與傳統(tǒng)磁脈沖脹形對(duì)比，磁脈沖沖擊介質(zhì)脹形中變形輪廓增大，最大塑性應(yīng)變、減薄率降低，變形均勻長度增加；環(huán)向和軸向應(yīng)變高于傳統(tǒng)磁脈沖脹形，厚向應(yīng)變減小。管件與介質(zhì)之間的摩擦力對(duì)管件進(jìn)行補(bǔ)料，控制局部減薄。
（2）放電能量增加，最大脹形高度增加；介質(zhì)高度不變時(shí)，放電能量增加，均勻變形長度變化較??；放電能量增大，減薄率增加；放電能量較大時(shí)，介質(zhì)從上端壓板與管件之間溢出，成形失效。
（3）介質(zhì)高度增加，脹形高度降低；介質(zhì)高度太小，不足以使管件充分變形；最佳介質(zhì)高度為自由脹形區(qū)高度加上管件最大脹形高度的兩倍；最大脹形高度大于等于 5mm 時(shí)，增加值可向上浮動(dòng) 2~3mm；變形量增大，填充合適的介質(zhì)高度，能提高變形均勻性，也可防止介質(zhì)頂端失效。
以下是正文：
