铸造高强铝合金筒形件强力热反旋成形机理及成形极限研究

铸造高强铝合金筒形件强力热反旋成形机理及成形极限是轻质、高强、脆性材料薄壁筒形件强力反旋精确成形技术发展中迫切需要研究解决的关键基础问题。本项目主要采用计算机模拟仿真并与理论、实验有机结合的研究方法，研究建立该强力热反旋成形过程热力耦合有限元分析模型与模拟仿真方法；研究揭示铸造高强铝合金筒形件强力热反旋变形行为，提出该成形过程热力学行为的控制因素并建立其数学模型；研究揭示铸造高强铝合金筒形件强力热反旋精确成形规律与参数作用机理；建立控制不均匀变形对铸造高强铝合金筒形件强力热反旋成形极限作用的关联模型；建立提高铸造高强铝合金筒形件强力热反旋成形精度的理论。对发展难变形材料薄壁筒形件强力反旋精确成形先进理论与技术具有重要意义。

轻质、高强、耐腐蚀性好的薄壁筒形件广泛应用于航空、航天和兵器等领域，多道次强力热反旋成形技术是成形此类薄壁件的有效方法之一。然而，该成形过程具有的多道次、多参数、多场耦合等复杂成形特点，导致材料在旋压过程中经历尤为复杂的不均匀塑性变形。如果旋压工艺选取不合理，就会导致壁厚分布不均匀、扩径、椭圆和鼓包等缺陷产生，严重制约着其成形质量和成形极限的提高，已成为此类轻质、高强、难变形材料薄壁筒形件强力旋压精确成形技术发展中迫切需要研究解决的关键基础问题。因此，本项目采用数值模拟与理论和实验有机结合的方法，对铸态高强铝合金筒形件强力热反旋成形机理及成形极限开展系统深入的研究。解决了高强铝合金高温本构模型的建立、旋轮加载轨迹处理和热边界条件处理等模拟中的关键技术，建立了铸态高强铝合金筒形件多道次强力热反旋热力耦合三维有限元模型，实现了该旋压过程三维模拟仿真；揭示了该筒形件强力热反旋成形过程的热力学行为及其演化机制；揭示了不均匀变形、扩径、鼓包和椭圆的产生、发展和演化机理；提出了壁厚分布不均匀度、扩径度、椭圆度和鼓包的定量表征方法，揭示了旋压过程这些缺陷的机理、影响因素和影响机制；提出了基于鼓包和椭圆的摩擦选取原则；建立了工艺参数与扩径度的回归预测模型，以消除扩径为目标，建立了基于扩径的旋压成形工艺极限预测模型；建立了基于扩径的旋压工艺极限图；实现了铸态7075高强铝合金薄壁筒形件多道次强力热反旋精确成形过程。该研究对发展难变形材料薄壁筒形件强力反旋精确成形先进理论与技术具有重要意义。