大型铝合金件的电磁力渐进推拉复合成形的材料变形行为研究

This projetc proposed a new forming method named large-scale aluminium alloy part electromagnetical incremtental combined forming method, which combines the sheet stretching, electromagnetic incremental forming and eletromagnetic propulsiong in local region. The multi-physics field simulation, process test, mircostructural analyses and service performance measurement are combined to research the deformation mechanism. Based on the new constitutive models and the finite element models for the electromagnetical incremtental combined forming, we discuss the effect of coil struture and discharge parameters on magneitc force distribution and the effect of sheet stretching, coil discharging in local region, sheet contact with die in a high speed on the breaking process in macro and micro performance. The materilas flowing, distribution of strain and stress during the combined forming are also revealed. In order to obtain the effect of technological parameters on formability, the mechanical property and service performance are measurement. Finally, a new forming method and theory are formed to manufacture the large scale aluminium alloy parts using small forming equipment. It will provide an important means to manufacutre aluminum alloy parts with greater diameter, which can be used in the fields of aviation and spaceflight,et al.

本项目将传统板料拉形、电磁脉冲渐进成形和电磁力局部径向侧推技术结合在一起实施复合成形，提出一种大型铝合金件的电磁力渐进推拉复合成形方法。采用多物理场耦合数值模拟、工艺实验、微观组织分析和服役性能测试等相结合的方法研究复合成形方式下铝合金的成形-成性规律。基于建立的材料本构模型和电磁力局部推拉复合成形的有限元模拟方法，探讨线圈结构和放电参数对助拉和侧推电磁力的调控理论，揭示板料拉形、局部放电成形、板料与模具高速碰撞等变形行为，以及磁场力加载路径、应变率等变量对材料宏微观断裂机制和微观组织演变规律的影响，分析复合成形方式下材料的塑性流动、应力应变和壁厚分布规律。对成形后零件的机械性能和服役性能进行测试，获取工艺参数对制件性能的影响规律。最终形成一种采用小型装备，实现大型铝合金零件成形的方法和理论。为航空航天等行业中大直径铝合金零件的精确制造技术的突破提供一种重要的手段。

针对航空航天薄壁复杂构件高性能制造的需求，本项目提出“大型铝合金件的电磁力渐进推拉复合成形”方法。揭示脉冲磁场和动态加载下材料变形机理及作用机制，探讨了磁场渐进加载路径对构件表面完整性与局部失稳的影响机制。在大型件电磁渐进复合成形的多场耦合建模仿真、工艺试验、材料微观组织演变、机械性能改善，以及起皱、破裂和回弹控制方法等方面取得了实质性进展。针对大型铝合金薄板的椭球件成形，由于板料厚径比小于0.15%，准静态冲压下铝合金椭球件起皱剧烈，而电磁渐进成形下得到的铝合金表面光滑无起皱；针对以弹性变形为主的薄壁蒙皮，通过磁场力渐进加载使材料局部发生渐进微塑性变形，消除弹性应变和回弹。发现感应脉冲电流在微弱降低材料强度情况下，使材料的延伸率显著增加。如果将脉冲感应处理和时效工艺相结合，能在不降低材料屈服强度的情况下，使材料延伸率提高了7.55%。这主要是因为感应脉冲电流引起位错消散、晶粒旋转、织构取向改变和第二相分布变化。最终形成一种采用小型装备，实现大型铝合金零件成形的方法和理论。为航空航天等行业中大直径铝合金零件的精确制造技术的突破提供一种重要的手段。