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多点成形路径对1561铝合金成形质量影响

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多点成形路径对1561铝合金成形质量影响 王洪波;赖远权;付文智;李明哲;闫德俊;夏文亚;刘晓东;刘晓莉;刘一飞;韦林毅;钟发明;陈景光

【摘 要】1561铝合金是一种新型的舰船用高性能材料,目前对其冲压成形性能研究较少.基于1561铝合金材料的某近似鞍形船用外板开发,分析了产生起皱缺陷的原因,通过有限元计算对1561铝合金的成形过程进行仿真,并预测成形缺陷,使用变路径成形技术解决了大变形量成形件的起皱缺陷问题,改善了成形件质量.通过某船用外板的多点成形实验,验证了多道次成形解决1561铝合金成形件起皱问题的可行性,并通过三维扫描对成形件的精度进行了检测.结果表明,通过多道次成形可得到无起皱缺陷的1561铝合金零件,提高了成形质量.

【期刊名称】《轻合金加工技术》 【年(卷),期】2018(046)003 【总页数】6页(P56-61) 【关键词】1561铝合金;多点成形;多道次成形;数值模拟 【作 者】王洪波;赖远权;付文智;李明哲;闫德俊;夏文亚;刘晓东;刘晓莉;刘一飞;韦林毅;钟发明;陈景光

【作者单位】中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;吉林大学无模成形技术开发中心,吉林长春130022;吉林大学无模成形技术开发中心,吉林长春130022;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;吉林大学无模成形技术开发中心,吉林长春130022;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464;中船黄埔文冲船舶有限公司,广东广州511464

【正文语种】中 文 【中图分类】TG386

节能环保是当今人类社会的共识。为了提高舰船运输能效，规范和减少舰船二氧化碳排放，国际海事组织制定和批准了新船能效设计指数作为新船能效的衡量标准。采用轻量化船体结构材料，对于减少舰船自重、增加舰船载货量、提高新船能效设计指数具有重要意义。 1561铝合金[1-2]是一种密度小，比强度大，延伸性较好的铝合金，其化学成分见表1。与5083铝合金[3-4]相比，1561铝合金强度更高，在船舶制造高速化、轻量化、大型化趋势下，1561铝合金将会成为提高舰船质量和性能的优选材料。由于国内外对1561铝合金板料的成形少有报道，且船用零件生产的批量小,其生产的整体模具制造周期长、成本高。而多点成形[5-7]是一种实现板料柔性成形[8-10]的成形技术[11]，可通过高度可调的基本体点阵构成的包络面对板料进行成形，一套多点成形设备通过计算机控制可以构造出不同曲率的型面，比传统模具的成本低，自动化程度高，适合新材料的成形试验及小批量零件的规范生产。 应产品开发需要，通过有限元软件对某船用零件的多点成形过程进行计算，研究了成形路径对1561铝合金塑性成形性的影响。通过改变成形路径解决了1561铝合金板料成形的起皱及回弹大等问题，改善了成形件的应变分布，提高了成形质量。通过对成形零件的三维扫描分析得到了多道次成形件的误差分布。 表1 1561铝合金的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical compositions of 1561 aluminum alloy(wt/%)MgMnFeSiZnZrCuTiAl6.200.850.40.350.120.0170.012余量 1 成形原理及起皱预测 多点成形中，板料以面外弯曲变形为主，具有较小的面内变形。在无压边或无拉边条件下，若板料在一次成形中变形量较大，上下模具对板料法向约束不足，板料容易产生起皱等缺陷。 多道次成形就是把目标零件的大变形量分解为多个小变形量，通过多道次成形产生的小变形量累加达到大变形量。图1所示为板料的多道次多点成形示意图，每个工步变形量较小，最终由小变形量的累加达到目标零件的大变形量。受传统模具成形中一套模具只能成形一种零件，且模具的设计、制造、调试周期长等特点的限制，使用传统模具实现多道次成形较为困难。多点模具由离散化并规则排列的基本体单元形成的基本体群组成，一套多点成形设备可通过数控调形快速构造不同型面，实现多道次成形，有效降低生产成本。理论上每一道次的变形量越小，最终成形件质量越高，但随着成形道次的增加，每一道次都需要调形，生产效率低，不利于推广。因此，多道次成形路径的设计以及有限元模拟的辅助优化是采用多道次成形方法不可缺少的环节。 图1 多道次成形示意图Fig.1 Diagram of multi-pass forming 多点模具成形中，模具型面各基本体高度在成形前已经确定，在成形过程中各基本体无相对运动。所以板料在成形过程中约束不足或无约束的区域易于发生所需能量较小的面外分叉，产生起皱缺陷。Hill建立了以变分方程表示的分叉充分条件[12]： δI=0

(1) 式中： i—单元； 应力增量； elj—从属节点与主面相对速度分叉解与基本解差； 从属节点与主面相对速度分叉解与基本解差； V—体积。 当变形量较小时，式(1)具有唯一解，当变形量超过临界值时，式(1)的解不唯一，板料发生面外分叉。Hutchinson在DMV理论基础和Hill研究基础上，建立了薄壳发生分叉的能量函数[13]：

(2) 式中： 面内增量位移； 垂直于板材中间表面的增量位移； 面内应变增量； 面内弯曲应变增量； 面法线转角增量(i=1,2)； Nij—壳的内力； 壳的弯矩增量； 壳的内力增量； Ω—起皱对应的面区域。 当F>0时说明分叉变形使总势能增加，此情况不会自然发生，是一种稳定状态。当F<0时说明分叉变形使总势能降低，此情况是一种可自然发生的不稳定状态。因此起皱现象发生的临界条件为 (3) 图2为鞍形件无压边多点成形示意图。在成形过程开始时，板料边缘区域首先与基本体群接触，其中与上基本体群在P、Q附件接触并受到约束，与下基本体群只在M、N附近接触并受到载荷作用，而板料中部均未与上下基本体群接触，处于悬空状态，未受到约束作用。 图2 鞍形件多点成形受力分析Fig.2 Stress state analysis of saddle pieces in multi-point forming 在成形过程中，鞍形件在M、N、P、Q附近与基本体群接触产生拉入作用，M、N、P、Q附近微元体受拉如图2。同时由于基本体群在板料边缘区域的作用，板料中心O点附近双向受压。在合模前，上下基本体群对板料中心区域未形成约束，当载荷超过面外分叉变形临界值时便会产生起皱缺陷。采用一次成形方法，变形量较大，方程式(1)的解不唯一；而多道次成形方法每一道次具有较小的变形量且不超过成形极限，方程式(1)具有唯一解，易得到成形质量良好的成形件。 2 有限元模型 应产品开发需求，某船用成形零件为两头宽度不等，宽度方向对称，长度方向为变曲率的样条线作为引导线扫掠得到的一近似鞍形曲面件，零件形状如图3所示。由于国内外鲜有1561铝合金的成形试验报道，为了获得其准确的力学性能参数用于有限元计算，通过拉伸试验获取了1561铝合金的位移-载荷曲线，如图4所示。 图3 成形零件图Fig.3 Forming parts 图4 1561铝合金的位移-载荷曲线Fig.4 Displacement-load curve of 1561 aluminum alloy 为了成形出质量良好，精度较高的零件，在零件成形前采用有限元软件对厚度为3 mm的1561铝合金板料的多点成形过程进行模拟，预测成形缺陷，优化成形路径，改善成形质量。图5所示为开发零件多点成形有限元模型。模拟试验中，多点模具型面由横截面尺寸为10 mm×10 mm，冲头半径8 mm的基本体单元按照50×70排列。成形板料尺寸由CATIA展开获得。1561铝合金的密度为2 700 kg/m3，弹性模量为67.516GPa，抗拉强度和屈服强度分别为345.9 N/mm2和266.67 N/mm2。为消除压痕缺陷，使用10 mm的聚氨酯弹性垫分散集中应力。聚氨酯弹性垫使用超弹性模型，密度为1 260 kg/m3。同时为了简化模型和节约计算时间，假定板料各向同性，冲头和板料均使用壳单元。模拟中板料采用S4R壳单元，网格单元尺寸为3 mm。多点模具基本体采用R3D4单元，单元尺寸为2 mm。聚氨酯弹性垫采用C3D8R单元进行网格划分，网格单元尺寸为3 mm。多点模具的基本体，板料，弹性垫之间采用自动面面接触，摩擦因数设为0.3。 模拟实验中约束下基本体群所有自由度，上基本体群在幅值曲线控制下施加力载荷下行合模成形。采用动态显式算法对加载成形过程进行模拟，同时对整体模型施加约束排除刚体运动，结合静态隐式算法对卸载过程进行计算。为满足工程精度要求，在显示算法中动态响应误差e(t)需满足e(t)≤5%，其中

(4) 式中： 塑性成形热力学能； Ek(t)—t时刻的动能。 图5 有限元模型Fig.5 Finite element model 3 成形质量数值分析 多道次成形通过每一道次的小变形量积累达到目标件的大变形量，不仅能抑制起皱缺陷的产生，同时能改善成形件的应变分布，提高成形质量。 3.1 成形路径对起皱的影响 图6为采用不同成形路径得到的成形件光照效果图，可以看到，采用一次成形方

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6061铝合金挤压型材性能影响因素分析

6061铝合金挤压型材性能影响因素分析

6061铝合金挤压型材性能影响因素分析1. 引言1.1 背景介绍6061铝合金是一种常用的铝合金材料，具有优良的强度、耐腐蚀性和可焊性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船和建筑等领域。

挤压是一种常见的加工方法，可以将铝合金材料通过压力挤压成各种截面形状的型材，具有高强度和良好的表面质量。

挤压型材的性能受多种因素影响，包括材料的成分和组织结构、挤压工艺参数、热处理和表面处理等。

了解这些因素对6061铝合金挤压型材性能的影响，对于优化生产工艺、提高产品质量具有重要意义。

本文将对6061铝合金的组成与性能、挤压型材的制备工艺、影响挤压型材性能的因素进行分析，并重点探讨热处理和表面处理对挤压型材性能的影响。

通过综合分析这些因素，旨在为进一步研究和优化6061铝合金挤压型材提供参考，并展望未来的研究方向。

1.2 研究目的6061铝合金是一种广泛应用于航空航天、汽车、铁路等领域的铝合金材料，而挤压型材是6061铝合金的常见制品之一。

研究挤压型材的性能影响因素，对于优化6061铝合金挤压型材的性能具有重要意义。

本研究旨在深入分析6061铝合金挤压型材的性能影响因素，探讨热处理和表面处理对挤压型材性能的影响机制，为进一步提高6061铝合金挤压型材的性能提供科学依据。

通过对挤压型材制备工艺的研究，可以优化生产工艺，提高挤压型材的加工质量和稳定性。

本研究还将对未来研究方向进行展望，为进一步深入探讨6061铝合金挤压型材性能影响因素提供思路和方向。

2. 正文2.1 6061铝合金的组成与性能6061铝合金是一种常用的铝合金材料，它的主要成分是铝、镁和硅。

镁的含量约为0.8%-1.2%，硅的含量约为0.4%-0.8%，其余成分包括铜、锰、铬和锌等。

这些成分的比例和含量对6061铝合金的性能有着重要影响。

6061铝合金具有优良的机械性能，具有较高的强度和硬度，同时具有良好的耐腐蚀性能。

这使得6061铝合金广泛应用于航空航天、汽车工业、电子产品和建筑等领域。

影响A356铝合金车轮旋压成形品质的因素分析_刘智冲

影响A356铝合金车轮旋压成形品质的因素分析_刘智冲


图 ４ 充 型 不 足 Ｆｉｇ．４ Ｆｉｌｌｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ
同一轮型优化后 毛 坯 形 状 如 图 ５ 所 示，毛 坯 厚 度在１８～２０ｍｍ，开口角度为 １８°，毛 坯 末 端 厚 度 适 当 加 大 （压 铸 工 艺 允 许 情 况 下 ）。 更 改 后 的 内 角 充 型 有 明 显 改 善 ，如 图 ６ 所 示 。
摘要：从铸旋铝合金车轮的热旋压成形 工 艺 出 发，分 析 了 Ａ３５６ 材 料 强 韧 化 原 因，分 析 表 明：热 塑 性 变 形可成为 Ａ３５６铝合金强韧化的新途径，以此 为 基 础 发 展 的 铸 旋 成 形 工 艺 可 满 足 汽 车 轮 毂 进 一 步 轻 量 化 的 要求。分析了影响车轮旋压成形的温度、毛坯形状、模具结构等因素，对稳定旋压成 形 工 艺 具 有 实 际 指 导 意 义。
第４卷 第３期
刘智冲等：影响 Ａ３５６铝合金车轮旋压成形品质的因素分析
３３
５ 结语
图 ９ 改 进 后 模 具 结 构 Ｆｉｇ．９ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｉｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
文中仅从铸旋铝合金车轮旋压成形工艺出发， 对现有旋压工艺中 的 成 形 关 键 问 题 做 了 分 析，说 明 旋 压 温 度 、毛 坯 开 口 角 度 、模 具 结 构 是 影 响 车 轮 成 形 品质的关键。
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－１４ 作者简介：刘智冲（１９７６－），男，河北保定人，硕士，工程师，主要研究方向为材料塑性加工工艺及设备 。
第４卷 第３期
刘智冲等：影响 Ａ３５６铝合金车轮旋压成形品质的因素分析
３１
１ 材料强韧化的途径
Ａ３５６ 是 一 种 铸 造 铝 合 金，该 合 金 属 于 Ａｌ－Ｓｉ－ Ｍｇ 系 合 金。Ａ３５６ 合 金 的 组 织 为 初 生 α－Ａｌ固 溶 体，共晶 Ｓｉ相，其 中 α－Ａｌ有 较 好 的 塑 性，而 共 晶 Ｓｉ 相硬而脆。当铸件受力时，在 α相与共晶 Ｓｉ相的界 面处应力应变发 生 突 变，使 该 处 产 生 应 力 集 中。 特 别当共晶 Ｓｉ呈片状及外形棱角尖锐时，应力集中程 度大，易使 该 处 产 生 微 裂 纹，使 得 合 金 的 强 韧 性 不 足 ，限 制 了 该 合 金 的 进 一 步 应 用 。
无模多点成形技术在双曲面铝单板加工设备中的研究及应用

无模多点成形技术在双曲面铝单板加工设备中的研究及应用

无模多点成形技术在双曲面铝单板加工设备中的研究及应用发表时间：2018-10-25T11:02:02.770Z 来源：《防护工程》2018年第13期作者：钟锦[导读] 随着建筑外观的不断发展及变化，双曲面铝单板作为建筑幕墙装饰材料之一，应用越来越广泛钟锦佛山市保利来建材实业有限公司 528000摘要：随着建筑外观的不断发展及变化，双曲面铝单板作为建筑幕墙装饰材料之一，应用越来越广泛，铝单板的双曲面一般采用手工或半手工加工成形。

本文对幕墙装饰铝单板的产品特点进行分析，根据无模多点成形技术的原理，提出一种适用于双曲面铝单板加工的无模多点成形设备冲头群组结构。

关键词：双曲面铝单板；板材成形；群组结构；成形缺陷随着世界经济的发展，人类对房地产及建筑大楼的功能、外观、设计风格要求越来越高，因而现代高端建筑的外观多采用艺术造型，摆脱过时的建筑样式的束缚，放手创造新的建筑风格。

带艺术造型的建筑外观设计，多采用双曲面来实现，而铝合金板材其成形性、可焊性和耐蚀性均佳，经氟碳喷涂表面处理后的铝单板耐候性、保色性强，同时存在重量轻轻易于施工安装、强度够及耐火性能强等优点，固铝单板成为带有双曲面外观设计建筑装饰的主要材料之一。

双曲面或称：三维曲面、自由曲面，其表面曲率从任意方向都是变化的，且无严格规律。

1.背景技术幕墙装饰用双曲面铝单板一般都不成批量，以单件小批量产品为主，如采用模具成形不但成本高，而且产品变化时模具就需要更换，缺乏柔性，极大地延长了产品生产周期。

因此，一般情况下双曲面板采用手工或半手工成形，手工成形存在质量差、精度低、效率低及劳动强度大等缺点，且加工出来的产品达不到理想的表面外观，难以满足高端市场对产品的要求。

2.研究方向采用无模多点成形技术，可以有效的规避模具及手工制造的弊端。

无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载基本群体单元形成离散曲面，进行多点压延的加工技术，将柔性制造技术和计算机控制技术合为一体。

加压成形工艺参数和热处理工艺对6061铝合金组织及性能的影响

加压成形工艺参数和热处理工艺对6061铝合金组织及性能的影响

沈阳工业大学硕士学位论文Effect of Compacting Process Parameters and Heat TreatmentTechnology on Microstructure and Properties of 6061Aluminum Alloy作 者： 单位：指 导 教 师： 单位： 协作指导教师： 单位： 单位：论文答辩日期：2018年06月02日学位授予单位：沈 阳 工 业 大 学加压成形工艺参数和热处理工艺对6061铝合金组织及性能的影响都凯 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 袁晓光 教授 黄宏军 副教授摘要本文以6061铝合金为研究对象，采用正交试验，研究不同加压成形工艺参数对6061铝合金显微组织和力学性能的影响；通过SEM、DSC、TEM和拉伸试验等测试方法，研究了6061铝合金的最佳热处理工艺，探究6061铝合金的析出行为及强化机理；最后计算了6061铝合金β″相的析出动力学方程和TTT表达式。

研究表明，比压和模具预热温度对晶粒尺寸影响显著，随着比压和模具预热温度的提高晶粒尺寸分别由81.903μm和60.667μm变化为60.667μm和82.746μm，浇注温度和保压时间对晶粒尺寸无明显影响，随着浇注温度和保压时间的提高，晶粒尺寸变化在10μm之内。

各因素对抗拉强度的影响由大到小依次是：比压、模具预热温度、浇注温度和保压时间；各因素对伸长率的影响由大到小依次是：浇注温度、模具预热温度、保压时间和比压；当浇注温度720℃、比压150MPa、保压时间25s和模具预热温度150℃时，铸件抗拉强度为181.7MPa，伸长率为15.4%。

6061铝合金铸态结晶相有5种成分类型，分别为：AlCuMgSi、MgSi、AlFeSi、AlMnFeSi 和AlMnCrFeSi；4种结构类型，分别为：Al1.9CuMg4.1Si3.3相、Mg2Si相、β-Al5FeSi相和α-Al8Fe2Si相，其中β-Al5FeSi相包括Al5FeSi、Al5(MnFe)Si、Al5(MnCrFe)Si相，α-Al8Fe2Si 相包括Al8Fe2Si、Al8(MnFe)2Si、Al8(MnCrFe)2Si相。