2099铝锂合金型材热压下陷模具结构优选

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1、。lglf。№劬帆。⋯吲。：M扑挑钣金件数字化材造2099铝锂合金型材热压下陷模具结构优选吴建军1，刘伟萍1，何文华2，熊旭2(1．西北工业大学机电学院，西安710072；2．中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌330024)[摘要】2099铝锂合金型材热压下陷成形在飞机零件制造中应用广泛，下陷成形时容易出现温度分布不均、型材上表面回弹不一致以及裂纹等缺陷，模具结构对其下陷零件的质量具有较大影响。通过热力耦合有限元数值模拟预测2099铝锂合金型材热压下陷成形过程，分析上述缺陷产生的原因，对模具加热结构、测压块和固定下模进行优选。有限元数值模拟和试验

2、结果表明，优选后的模具能够较好地消除或缓解上述缺陷，提高了下陷零件的质量。关键词：铝锂合金；热压下陷；热力耦合；缺陷分析；模具结构优选DoI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．13．043吴建军教授，博士生导师，曾为“飞行器制造工程”国防重点专业以及陕西省名牌专业负责人．西北工业大学翱翔名师，国家科学技术奖评审专家。主持国家自然科学基金．国家“863”计划项目、航空科学基金．国防基础研究基金、留学回国人员基金等科研项目30余项。发表论文160余篇．EI／SCI收录60余篇、出版专著3部。研究成果获得国家软件版权专利10余项，授权专利

3、5项。获省部级科技进步二和三等奖各1项，陕西省优秀教学成果一等奖1项，获全国出版社优秀图书二等奖1项。挤压型材在飞机零件制造中应用广泛，为了满足装配需求，经常需要在型材上压制下陷，因此，型材下陷成形技术在飞机钣金工艺中广泛应用。型材下陷主要形式为直下陷，成形过程中需要保证其下陷深度和过渡区长度满足工艺需求⋯。2099铝锂合金具有密度低、强度、刚度和弹性模量高以及焊接性好等特点，同时具有较低的各向异性和疲劳裂纹扩展速率，因此，2099铝锂合金在航空、航天等领域的应用越来越广泛12-6]o铝锂合金室温下的成形性能较差，随着温度的升高，铝锂合金的成形性能随之改善"

4、坷】，现阶段对铝锂合金的研究主要集中于较高温度下的塑性成形技术[9-[01。本文研究的2099一T83铝锂合金型材下陷成形通常在较高温度下完成，一般采用间接式加热，即先将模具加热至较高温度，再将型材放人模具中加热，已有文献表明，在149oC下其下陷零件成形质量较好【l”，并且实际生产表明，2099铝锂合金型材在该温度下成形件物理性能较好，其截面尺寸见图1，型材进行热压下陷成形时易出现成形区温度分布不均、上表面回弹不一致及裂纹等缺陷。对于下陷成形，模具结构对其成形质量有较大影响，本文通过有限元数值模拟和试验分析下陷缺陷产生的原因，对模具结构进行优选11’12-

5、13]。图12099一T83铝锂合金型材截面Fig．1Sectionof2099-T83AI-Lialloyprofile材料性能试验与缺陷分析型材热压下陷成形是一个复杂的热力耦合过程，包括模具、型材加热和热成形两个子过程，采用热力耦2016年第13期·航空制造技术43合有限元数值模拟预测其成形过程时，首先需要获得材料不同温度下的力学性能和热物性参数。1拉伸性能通过单拉试验获取2099一T83铝锂合金型材120～160。C的力学性能，从图1所示截面型材沿挤压方向截取试件，试件几何外形和尺寸如图2所示，采用CCSS一44100电子万能试验机进行试验，通过加热炉

6、对型材进行加热，加热炉温度控制精度为±1oC。通过引伸计测量试件的应变，试验过程中拉伸速率保持不变(1mm／min)，试验温度分别为120℃、135℃、1400C、1490C和160℃。2099一T83铝锂合金不同温度下的应力应变曲线如图3所示，可知，随着温度的升高，材料的屈服应力和硬化都有不同程度的降低。但是，材料的弹性模量并不遵循这一规律，本文通过图解法得到2099一T83铝锂合金不同温度下的弹性模量，如表1所示。2热物性参数导热系数和比热容是材料固有的热物性参数，本文所用模具的材料为T8A碳素钢，碳含量为0．75％～0．84％，密度为7．89／cm3，

7、导热系数、比热容如表2【141所示。2099一T83铝锂合金的型材密度为2．25289／cm3，导热系数和比热容由LFA447闪光导热仪测量获得，选取3个试件取其平均值，测量误差小于±5％。2099一T83铝锂合金导热系数、比热容如表3所示。3下陷成形件外形缺陷分析如图4(a)所示，为便于表示，将图4(a)所示型材划分为缘条部分和腹板部分，缘条部分成形区包括弯曲区和平面区。缘条区受力状态复杂，其平面区在成形时主要受到拉伸和剪切的作用，而弯曲区同时受到拉伸、弯曲和剪切的作用，应力应变状态更加复杂，在该区域容易出现裂纹等缺陷[131。同时，如图4(b)所示，44

8、航空制造技术·2016年第13期型材与固定下模倒角接