2219铝合金球壳超低温成形的各向异性行为

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:phlok1985
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为解决铝合金常温下难以成形大尺寸薄壁整体构件的问题,发展出超低温成形变革性技术,可以显著提高成形极限。目前,铝合金超低温成形的相关研究尚未考虑各向异性,铝合金在超低温条件的各向异性特性及其对各区域变形的影响尚不清楚。为此,本文以2219铝合金球壳为研究对象,系统研究铝合金板材在不同超低温度下的力学性能及各向异性,并建立基于Hill90屈服准则的超低温各向异性本构模型,开发相应的VUMAT子程序,通过数值模拟和工艺实验阐明球壳超低温拉深变形规律。通过单向拉伸试验,测试了2219铝合金在不同温度下的力学性能和各向异性,并建立了2219铝合金超低温各向异性本构模型。随着温度的降低,2219铝合金的强度、塑性和硬化能力都得到显著提升,并在-196℃下达到最大。总体上,2219铝合金的r值和Δr值随温度的降低而降低。其中,-196℃下的r0、r45和r90分别由常温的0.50、1.14、0.42降低至0.43、0.90和0.39;-196℃下的|Δr|由常温的0.68降低至0.49,降低幅度为38.3%。2219铝合金在低温下拥有更好的成形性能和变形均匀性。开发超低温各向异性热-力耦合的VUMAT子程序,并通过数值模拟研究了超低温下板坯尺寸对试件起皱、制耳和壁厚分布的影响规律。随着板坯尺寸的减小,试件的0°和90°方向容易产生较细较深的皱纹,而45°方向则产生较浅较宽的皱纹,且板坯尺寸越小皱纹越难抑制。板坯直径越小,拉深试件的制耳率越小,壁厚减薄程度也越小。综合考虑试件的起皱、制耳和壁厚分布,最优板坯尺寸为255mm。通过数值模拟研究了不同温度场对试件制耳,等效应变和壁厚分布的影响规律。在均匀温度场下,随着温度的降低,试件的制耳率越小,且三个方向壁厚分布差异更小,壁厚减薄程度也明显降低。在非均匀温度场下,随着法兰温度的降低,试件的制耳率越小,且三个方向壁厚分布差异更小,壁厚减薄程度增大。通过超低温拉深工艺实验,研究了试件不同温度下的成形能力、制耳行为以及壁厚分布规律,并验证了数值模拟的有效性。常温下无法成形出球壳试件,拉深高度为55mm,梯度温度下可以成形,拉深高度为85mm,较常温提高了54.5%。法兰温度越低,试件的制耳率越小,不同方向壁厚分布差异越小,但壁厚减薄相对更严重。因此,超低温成形应该合理地匹配超低温度,实现铝合金整体结构均匀成形。
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