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5a02小直径铝合金管件双翻边扩口成形仿真分析

5A02小直径铝合金管件双翻边扩口成形仿真分析

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作者：余贤文南昌航空大学

学位级别：硕士

5a02薄壁铝合金导管是航空管路系统中重要的零部件,其端头的成形质量直接影响管路系统的密封性。双翻边扩口成形是制造此类零件端头最有效方法之一。5a02薄壁铝合金管件双翻边扩口成形过程是多道次、多场、多因素相互耦合的复杂不均匀... 详细信息

5a02薄壁铝合金导管是航空管路系统中重要的零部件,其端头的成形质量直接影响管路系统的密封性。双翻边扩口成形是制造此类零件端头最有效方法之一。5a02薄壁铝合金管件双翻边扩口成形过程是多道次、多场、多因素相互耦合的复杂不均匀塑性成形过程。因此管件在成形过程中易出现成形区不均匀变形现象。为此,本文基于有限元仿真并结合理论和实验的方法,对5a02铝合金管件端头多道次双翻边扩口成形过程中壁厚不均匀变形进行了深入的研究。主要研究内容和结果如下:(1)基于ABAQUS/Explicit软件平台,解决了几何模型、载荷设置、网格划分等关键技术问题,建立了薄壁铝合金管件双翻边扩口成形三维有限元模型,并通过实验验证了模型的可靠性。(2)基于所建立的仿真模型,分析了薄壁铝合金管件双翻边扩口成形过程中变形区的等效应力应变及管件周向、切向、厚向应力应变分布规律。结果表明:在第一道次成形完成时,管件等效应力较大的区域主要分布在管件成形区外表面;成形区直壁段内表面在切向上受到拉应力的作用,外表面和近外面受到压应力作用;在周向上,管件成形区顶部受到的压应力最大,锥段区外壁所受到的拉应力最大。在第二、三道次成形完成时,等效应力较大区域分布在成形区弯曲部分。然而,等效应变最大值在第一道次成形完成时存在于成形区直壁段和锥段的过渡区域;在切向上,直壁段和锥段的过渡区域材料所受到的压应变最大;在厚向上,管件成形区直壁段受压应变的作用;在周向上,直壁段受拉应变的作用。第二道次成形完成时的等效应变最大处存在于成形区的弯曲部分;在切向上,折边区内表面受到拉应变作用;在厚向上,折边区内表面圆角处受到压应变最大。第三道次的等效应变较大处存在于成形区管件内层。此外,随着多道次成形的进行,第一道次至第三道次的等效应变呈累积增加趋势。(3)提出了不均匀度表征方法,并研究获得了双翻边扩口过程中凸模的加载速度、凸模与管件的摩擦系数、凹模与管件的摩擦系数、第二道次凸模的圆角半径对5a02铝合金管件成形区壁厚不均匀变形的影响规律。结果表明:1)随着凸模的加载速度的增大,管端头在第一道次完成时的壁厚不均匀度先增大然后减小,第二道次的不均匀度基本保持不变,第三道次的不均匀度先减小后增大。2)随着凸模与管件的摩擦系数增大,管端头在第一道次结束时壁厚不均匀度先减小后增大,第二道次不均匀度变化不大,第三道次的管端头不均匀度呈增大的趋势。3)随着凹模与管件的摩擦系数增大,第一道次成形完成时管端头的壁厚不均匀度呈现先减小后增大的趋势,而第二、三道次的不均匀度基本保持不变。4)随着第二道次凸模的圆角半径增大,第二道次管端头壁厚的不均匀度呈减小的趋势。

关键词： 5a02薄壁铝合金管双翻边扩口有限元模拟不均匀变形

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