精密成形工程：小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究
2023-09-01【作 者】邱超斌;江培成;郎利辉;郭庆磊;张猛;李奎;陈林
随着我国航空航天产业的飞速发展，对关键零部件的性能、轻量化、强度等提出了更高要求[1]。铝合金具有密度小、强度高和塑性韧性较好等诸多优良性质，因而在航空航天、交通工具轻量化、建筑包装等国民经济领域中占有极为重要的地位，特别是当今世界正面临着资源短缺、能耗大、环保等问题，加速发展先进铝合金材料加工技术更有着重要意义[2-4]。回弹问题是铝合金零件尤其是小曲率零件常见的成形问题，回弹量的多少也往往影响着零件的尺寸精度及成形质量，因而，国内外学者对其进行了大量理论和试验研究[5-9]。对于这些结构较为简单的复合曲面零件，常用拉形或压弯工艺来成形，但成形效果欠佳，零件的回弹问题较为严重，后期需要进行大量的人工敲修。
文中以一种小曲率铝合金框形零件为研究对象，采用压弯一胀形复合成形方法对其进行数值模拟研究，分析了最大液室压力对成形的影响规律，重点关注了其对零件最大减薄率及贴膜度的影响，并对零件关键成形部位进行剖切以分析壁厚的分布情况。基于最优模拟结果，进行回弹模拟分析。最后，结合分析结果，对该小曲率铝合金框形件进行现场试验验证，获得合格零件。
【结 论】
1）综合零件最大减薄率及圆角过渡区贴膜度的理论分析及模拟结果，在最大液室压力为20 MPa时成形效果较好，最终零件的最大减薄率为16.1%，同时零件各处圆角过渡区域贴膜度较好。
2）对数值模拟后的零件进行剖切分析，发现沿截面的壁厚分布较为均匀，壁厚减薄较大处仅出现在圆角过渡区。
3）对最大液室压力为20 MPa时的模拟结果进行回弹分析，零件的最大回弹量为2 mm，且回弹较大区域集中在零件外围(后续会切除)。由此可见，利用弯胀复合方法成形该种小曲率框形件能够解决零件成形后回弹较大的问题，说明该工艺方案的可行性。
4）基于数值模拟最优结果进行试验验证得到的零件实物，成形质量较好，表面粗糙度较高，经测量后零件的整体减薄率也比较符合数值模拟结果，验证了该工艺方案的可行性。
以下是正文：
