佛山兴迪源机械

【作 者】凡晓波;王旭刚;陈险烁;苑世剑

【前 言】

铝合金因具有高比强度和良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于航空、航天和汽车领域的主体结构。随着新一代运载装备对轻量化和可靠性要求的大幅提升，追切需要以整体结构代替传统的多块分体拼焊结构，出现了一类铝合金空心变截面构件，比如：飞机蛇形进气道、电动汽车底盘构件和车身框架。由于结构整体化，这类构件的截面形状十分复杂，且沿轴向连续变化，前后截面差异特别大，并且在异形曲面上存在局部小圆角。

这些复杂的几何特征与高强铝合金难变形问题相互耦合叠加，使得这类异形管件成形难度极大。

目前，液压成形是一类制造空心变截面异形管件的先进成熟技术，已在航空、航天、汽车行业得到了广泛应用。由于液压成形过程需要加大压力来胀形出全部异形特征，因而需要成形坏料具有良好的成形性能。因此，该技术主要适用于具有良好室温塑性的材料，如低碳钢、不锈钢等。对于常温塑性相对较差的材料，只能成形形状相对简单的异形管件。例如：液压成形也逐渐应用于汽车铝合金副车架上。

但是，由子受到铝合金成形性能低、易产生橘皮等问题的限制，对于形状相对复杂的构件，需要经多道次预成形和中间退火等复杂工艺才能成形，而又存在成品率低、成品质量差的问题；对于复杂形状的整体管件，当截面差大且圆角半径与厚度比小于3时，则超过高强铝合金液压成形极限。

研究发现，铝合金在超低温条件下出现伸长率与加工硬化指数同时提高的反常现象。例如：退火态2219铝合金在-196℃超低温条件下的成形性能比室温提高了50%；5083退火态铝合金由常温降低至-196℃时，伸长率由19.0%提高至31.5%。超低温塑性变形时，大量亚结构的形成促进了铝合金应变硬化能力的显著提高。

铝合金在超低温条件下显暂提高的双增效应，有利于成形复杂形状的异形管件。为此，本文提出了铝合金管材超低温介质压力成形方法，利用超低温介质冷却和加压，实现管材在超低温条件下的柔性加载，使铝合金管材成形出复杂异形变截管管件。

【摘 要】针对铝合金复杂异形管件常温成形易开裂的难题,利用铝合金在超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出了铝合金异形管件超低温介质压力成形方法。通过建立管材超低温介质压力胀形装置,测试了6061铝合金管材在液氮温度(-196℃)条件下的胀形性能;结合数值模拟,分析了铝合金管材在超低温条件下的自由胀形行为。结果表明:铝合金管材在超低温(-196℃)条件下,胀形性能显著提高,膨胀率由常温下的17.4%增加至34.5%,提高了近1倍;超低温下铝合金管材的硬化能力同样提高,变形更均匀;相同变形阶段,随着硬化指数n值的增加,自由胀形变形区的极限应变和应变梯度均逐渐降低。

【结 论】

（1）提出了铝合金异形管件超低温介质压力成形方法，解决了复杂异形管类构件常温成形易开裂的难题；建立了管材超低温介质压力胀形原理装置，并进行了新工艺可行性验证。

（2）通过自由胀形试验测试了6061铝合金固溶态管材在常温和超低温（-196℃）条件下的胀形性能。超低温条件下，铝合金管材胀形性能显著提高，膨胀率由常温的17.4%增加至34.5%，提高了近1倍。

（3）随着温度的降低，集中变形程座明显减弱，变形均匀性显着提高。相同变形阶段，加工硬化指数（n值）越大，自由胀形变形区的极限应变和应变梯度越小。铝合金管材在超低温条件下的硬化指数显普增加，可以大幅提高胀形过程的均匀变形能力。