LF2M铝合金薄壁五通管内高压成形研究

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LF2M铝合金五通管在航空航天领域有较为特殊的用处,为使五通管满足轻量化、一体化的零件需求,内高压成形五通管的研究变得很有意义。本文针对直径40mm,壁厚为1mm的管坯进行五通管成形的研究,通过内高压成形胀出上侧一个直径为32mm的异径支管以及下侧关于中心对称分布的两个直径40mm的等径支管。设计出了五通管的成形方案并且通过优化试验参数提高了支管成形高度以及使壁厚分布更加均匀。具体研究内容、方法和结果如下:基于五通管的形状和结构特点设计了三种不同的成形方法:(1)五通一步成形法即通过一次成形三个支管的五通管成形法;(2)先四通后五通分步成形方案即先预成形出带有上侧支管和下侧的一个支管的四通管,然后再终成形出下侧的另一个支管;(3)先三通后五通分步成形方案即先成形带有上侧支管的三通管,然后终成形出下侧两个支管。采用Dynaform软件对以上成形方法建立有限元模型,对五通管成形过程进行有限元模拟,然后通过实验对模拟结果进行了验证。研究结果表明,采用先三通后五通分步成形方案可以有效的改善五通管壁厚分布,增加各支管高度。基于以上研究,对先三通后五通分步成形方案中预成形的三通管的成形质量进行优化。通过对三通管预成形过程进行模拟和实验,研究了润滑方式和推头的形状对三通管预成形效果的影响。结果表明:采用差异化润滑法即对管坯上半环区加大润滑程度可有效避免三通管预成形件表面起皱;采用加长推头可以有效提高支管成形高度;同时采用半环状差异化润滑法和直径38mm的加长推头可以成形出的三通管预成形件支管高度最高、壁厚分布最均匀。对预成形的三通管进行五通管终成形模拟和实验,终成形的五通管易产生下侧支管外侧凹陷和高度较低的缺陷。研究了润滑方式和压力-进给加载路径对管终成形件成形质量的影响。表明:采用差异化润滑法即对管坯下半环区加大润滑程度可以促进管材下部中间区域的材料向支管处流动,使壁厚分布更加均匀;采用前期压力增加较快的压力-进给加载路径,可以减轻支管外侧凹陷的程度。
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