《鋁合金管材磁脈衝輔助內高壓成形機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由初冠南擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋁合金管材磁脈衝輔助內高壓成形機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：初冠南
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對目前鋁合金管件內高壓成形中存在的兩個難點問題- - 補料困難和室溫成形性能低，提出磁脈衝輔助內高壓成形技術。通過磁脈衝輔助降低成形過程中的摩擦力，改善管坯的受力狀態，提高成形極限及壁厚均勻性，從而達到降低鋁合金管材室溫內高壓成形難度的目的。脈衝磁場力具有純電特性，易於實現精確控制，便於自動化生產。本課題採用力學分析、耦合場數值模擬和工藝試驗相結合的方法，研究脈衝磁場力對鋁合金管材內高壓成形極限的影響規律、脈衝振動對摩擦行為的影響機制、磁脈衝輔助內高壓成形中的應力應變和材料流動形為等塑性變形規律，並探討缺陷形成機制及控制方法。從而掌握磁脈衝輔助內高壓成形變形規律，提出工藝參數最佳化方法，形成磁脈衝輔助內壓成形理論基礎。對開發全新的具有自主智慧財產權的鋁合金構件室溫製造技術、進一步擴大鋁合金構件在汽車行業的套用範圍，促進車體輕量化具有重要意義。
結題摘要
本課題的核心思想是通過降低補料難度和高速率下成形性能提高的特點解決當前鋁合金管件室溫內高壓成形困難的問題。取得的創新性成果如下： 基於多物理場有限元分析軟體ANSYS，結合磁脈衝輔助內高壓成形基本特徵，解決了磁固耦合的數值仿真問題。提出採用電磁脹形衡量磁效應，評測了線圈結構及放電參數的結構合理性。確立了電磁輔助內高壓成形線圈結構設計基本原則。 揭示了磁脈衝振動對摩擦的影響機制，克服鋁合金管材內高壓成形時補料困難的問題。設計了摩擦力測試專用裝置，證實脈衝振動對降低摩擦的有益效果。磁場力和液體壓力耦合做為變形驅動力實現了脹形區有益皺的量化分解進而累積利用，從而避免了傳統載入模式下有益皺單次形成-一次展平時皺峰易發生破裂，成形件壁厚呈鋸齒形分布的缺陷。通過軸壓和脈衝磁場力共同作用對預成形件進行整形，提高了鋁合金管坯的成形極限，特別是壁厚均勻性，在室溫下成形極限提高了76.9%，壁厚不均性由23.3%降至12.8%。 提出利用微型花瓣形狀重複形成展平機制，克服摩擦力對金屬流動的抑制問題，圓角成形能力較準靜態載入由0.2提高至0.5，整形壓力由60MPa降至11MPa。電磁力輔助作用下成形件是在正變形和反變形的交替作用下成形，能充分利用包申格效應，抑制回彈。微型花瓣形狀有助於將內壓力轉換為極大的水平推力，使管坯直壁部分始終處在沿厚向壓應力狀態，促進該部位自始至終參與塑性變形。從剪應力變化觀察到過渡點處的剪應力由準靜態就載入時的正剪應力轉變為電磁輔助載入時的負剪應力。根據Tresca屈服準則分析了影響圓角成形的力學因素。證明了摩擦力降低和電磁力背推作用下形成的整形推力是改善變形區受力狀態，降低圓角成形難度，提高成形極限的根本原因。 歸納了電磁輔助內高壓成形中常見的三種缺陷形式：開裂、形狀不足和橘皮。揭示了各缺陷成因，並據缺陷形成機制提出了消除缺陷的方法。脹形過程中變形速率不高是導致破裂發生的主要原因，提高變形速率可克服該缺陷；圓脹方中電磁力不足，致使摩擦力阻礙金屬流動，使金屬處在雙拉應力狀態是導致過渡圓角處發生破裂的原因。脹形和圓脹方過程中電磁力不足均可導致形狀缺失。但脹形過程中，形狀缺失的本質原因是電磁力不能進一步驅動管坯達到再屈服的塑性變形條件，而圓脹方過程中，則是由於未能形成整形推力導致金屬填充困難，從而使圓角成形難度增大。成形中採用晶粒細小均勻的管材可避免桔皮缺
