航空制造技术：6061铝合金管件磁脉冲冲击介质胀形变形规律研究
2022-11-26【作 者】徐俊瑞;李毅;王宇阳;赵雨东;王元丰;汪强昆;闫亮明
零部件轻量化是航空业发展需求，这促进了铝合金管材及其构件的应用 [1–2]。6061 铝合金管材的高质量与高效成形工艺，对于航空制造具有重要的技术研究价值。磁脉冲成形就是顺应这一需求而迅速发展起来的铝合金管材成形方法之一。
磁脉冲成形是一种高速率成形技术，其原理是利用线圈产生的磁场将洛伦兹力施加到工件上。与准静态过程相比，具有较高的应变速率，能够提高材料的成形极限 [3]。研究表明，高成形速率可以将 6061–T4 铝合金的成形极限提高两倍以上 [4]。在高成形速率下，惯性效应抑制了颈缩过程中试样的应变梯度，从而使失效应变增加 [5]。
目前，磁脉冲成形在管件上已经被广泛应用，可以实现管件的胀形、缩颈和连接 [6–8]。对放电能量预测 [9]、管件长度与位置的选择 [10] 和线圈结构参数的研究 [11]，使管件磁脉冲成形理论愈加成熟。设计凹型线圈 [12] 或采用渐进成形的方法 [13] 解决了传统磁脉冲胀形存在的管件壁厚减小、轴向变形不均匀等问题。多向磁压力的管件胀形工艺可以显著增加轴向进给量，减小拉应力和壁厚减薄，因此可以获得较高的胀形高度 [14]。
传统的磁脉冲管件胀形依然存在着一些问题，线圈的大小受限于管直径的大小，如成形效果受限于管材料的导电性，并且存在壁厚减薄严重、轴向变形不均匀等问题。本文采用管件磁脉冲冲击介质胀形工艺，将磁脉冲成形与柔性胀形工艺相结合 [15]，用平板线圈代替螺旋线圈，利用其与驱动板产生的电磁力冲击介质从而使管件发生胀形。为了研究该工艺的可行性，在 ANSYS 中建立 2D 模型，选用 6061铝合金管件作为研究对象，通过仿真方法，研究管件胀形变形规律。
【结 论】
（1）与传统磁脉冲胀形对比，磁脉冲冲击介质胀形中变形轮廓增大，最大塑性应变、减薄率降低，变形均匀长度增加；环向和轴向应变高于传统磁脉冲胀形，厚向应变减小。管件与介质之间的摩擦力对管件进行补料，控制局部减薄。
（2）放电能量增加，最大胀形高度增加；介质高度不变时，放电能量增加，均匀变形长度变化较小；放电能量增大，减薄率增加；放电能量较大时，介质从上端压板与管件之间溢出，成形失效。
（3）介质高度增加，胀形高度降低；介质高度太小，不足以使管件充分变形；最佳介质高度为自由胀形区高度加上管件最大胀形高度的两倍；最大胀形高度大于等于 5mm 时，增加值可向上浮动 2~3mm；变形量增大，填充合适的介质高度，能提高变形均匀性，也可防止介质顶端失效。
以下是正文：
