精密成形工程：不锈钢外板对2219铝合金拼焊板胀形性能的影响
2022-01-18【作 者】徐永超;周斌军;周久红
【前 言】
2219铝合金是一种轻质高强合金，由于其具有良好的低温力学性能、断裂韧性、焊接性能以及抗应力腐蚀性能，在航空航天领域中主要用于制造大型运载火箭燃料贮箱。贮箱的箱底形状通常为椭球曲面，传统成形方法先成形出瓜瓣件，再拼焊成整体箱底，瓜瓣件尺寸精度差，强制装配产生焊接残余应力，可靠性差。充液拉深成形是制造复杂薄壁件的先进成形技术，成形极限高、尺寸精度好。对于大型复杂件的充液拉伸整体成形，由于板坯超薄壁厚，成形过程中容易起皱，为克服起皱充液室压力较高，拉深力大，成形设备吨位大，现有设备难以满足吨位要求。
【摘 要】
目的 现有2219铝合金板材宽度不能满足大型复杂曲面件整体流体高压成形需要,仍需采用焊接方法制备成形坯料,焊缝的存在导致铝合金拼焊板整体性能不均匀,影响成形性能及壁厚分布。方法提出2219铝合金拼焊板的双层板流体高压成形方法,采用1.8 mm厚铝合金拼焊板作为内层板,1mm厚不锈钢板作为外层板,进行双层板胀形实验研究。对比分析了单层板与双层板条件下2219铝合金拼焊板的成形极限、应变及壁厚分布。结果 外层板的存在能够使板材的极限成形高度和极限应变增加,同时使壁厚分布更加均匀。结论 双层板之间存在界面摩擦,可以提高内层拼焊板的成形极限、改善壁厚分布。
【结 论】
1）1mm不锈钢外层板辅助成形，可使铝合金拼焊板的胀形变形能力得到有效提高。铝合金拼焊板成形高度由26.32mm提高到36.82mm，提高39.9%；等效应变由44.8%提高到60.7%，增加35.49%。
2）2219铝合金拼焊板退火热处理后，受搅拌摩擦焊热机影响区性能的影响，成形性能不能得到有效改善，性能反而下降。
3）双层板间有润滑膜时拼焊板的极限成形高度达到32.90mm，无润滑膜时极限成形高度为36.82mm，双层板间摩擦因数越大，2219铝合金拼焊板的极限成形高度与极限应变越大。
4）2219铝合金胀形时，焊缝强度高，平行焊缝方向的壁厚较垂直焊缝方向的壁厚大。增加不锈钢外层板，内层板的壁厚分布均匀，有利于内层板整体胀形高度的提高。
5）双层板胀形变形存在界面之间的静座擦和动摩擦，外层板对内层板的剪切摩擦方向指向胀形试件顶部，利于还料向顶部的流动，降低顶部拉应力，变形更均匀。
以下是正文：
