高精度鋁合金矩形管多道次冷拉拔成形工藝方案優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.pdf

1、高精度鋁合金矩形管作為微波信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵媒介被廣泛的應(yīng)用到航空、航天、雷達(dá)等國(guó)防高尖端領(lǐng)域。由于其使用環(huán)境的特殊性，不僅對(duì)矩形管的幾何形狀及尺寸精度要求很高，而且對(duì)其內(nèi)表面粗糙度有著更加嚴(yán)苛的限定，制備難度相當(dāng)大。我國(guó)該類型矩形管的研制工作起步晚，受技術(shù)條件等因素的制約，還不能生產(chǎn)出完全符合使用要求的成品矩形管，從而造成了長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的尷尬局面，這種形勢(shì)也將隨著我國(guó)軍事工業(yè)的發(fā)展而變得日益嚴(yán)峻。因此，掌握該類型鋁合金矩形管的自主開發(fā)技術(shù)

2、變得勢(shì)在必行，同時(shí)也可以打破歐美國(guó)家的技術(shù)壟斷，具有較強(qiáng)的國(guó)防軍事意義。
　　 本文的研究對(duì)象為尺寸規(guī)格91.62×48.26×2.05mm的鋁合金矩形管，其尺寸偏差為±0.12mm，內(nèi)表面粗糙度要求達(dá)到Ra=1.0um，這正是其制備的重點(diǎn)與難點(diǎn)所在。目前，由于受到工藝、設(shè)備等諸多因素的影響，矩形管生產(chǎn)存在較多問題，如成品管壁內(nèi)凹、翹曲、壁厚分布不均，尤其是內(nèi)表面?zhèn)缺谥胁渴指忻?，出現(xiàn)明顯的橘皮現(xiàn)象，這些大大的制約了矩形管的使用

3、性能。基于此，本文開展了對(duì)該規(guī)格鋁合金矩形管的成形工藝研究，其主要內(nèi)容如下：
　　 ①對(duì)矩形管成形特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定了三道次的拉拔成形方案，即第一道次空拉拔獲得過渡近似矩形截面；中間道次帶芯棒拉拔對(duì)前道次管材進(jìn)行矩形矯正，使其更加接近成品管；末道次帶芯棒拉拔保證最終的尺寸形狀及表面精度。三個(gè)階段管材截面變化尺寸參數(shù)為：φ92.8×2.15mm-96.38×57.26×2.15mm-92.8×50.0×2.1mm-91.62×48

4、.26×2.05mm。
　　 ②建立了矩形管多道次冷拉拔成形過程的有限元分析模型，闡述了金屬流動(dòng)特點(diǎn)及變形規(guī)律，解釋了成形過程中出現(xiàn)的管壁內(nèi)凹、翹曲、壁厚不均等缺陷的成因，并提出了恰當(dāng)?shù)慕鉀Q措施，有效地保證了矩形管的形狀精度。
　　 ③為了提高拉拔過程材料變形的均勻性，結(jié)合數(shù)值模擬與數(shù)學(xué)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)五個(gè)主要拉拔參數(shù)(拉拔速度v、摩擦系數(shù)μ、成品模定徑帶長(zhǎng)度L、模具入模角α、定徑區(qū)過渡圓弧半徑R)進(jìn)行優(yōu)化分析，確定了

5、應(yīng)變均勻性指數(shù)θ和成品管尾部‘凸耳’高度H兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過對(duì)結(jié)果的直觀分析，得到了保證成形穩(wěn)定性的最佳參數(shù)組合：v=12.5mm/s，L=9 mm，μ=0.05，R=5 mm，α=9°。
　　 ④針對(duì)鋁合金矩形管成形表面質(zhì)量較差的現(xiàn)象，對(duì)傳統(tǒng)的拉拔模具及芯棒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化再設(shè)計(jì)，提出了新型的‘凸包型’模具及‘臺(tái)階型’芯棒，通過開展對(duì)優(yōu)化前后方案的模擬分析，系統(tǒng)的比較了管材等效塑性應(yīng)變應(yīng)力場(chǎng)的分布情況、管材內(nèi)表面與芯棒的接觸狀

6、態(tài)、矩形管的成形尺寸精度以及拉拔載荷等參量，分析結(jié)果顯著地證明了新型模具及芯棒設(shè)計(jì)對(duì)于提高矩形管變形穩(wěn)定性及改善成形精度方面的有效性與可行性。
　　 ⑤對(duì)優(yōu)化后方案開展鋁合金矩形管實(shí)際工藝試制。經(jīng)測(cè)量，成品管形狀尺寸精度達(dá)標(biāo)，并且內(nèi)表面粗糙度均在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，滿足了該鋁合金矩形管的嚴(yán)苛使用要求。
　　 通過本文開展的系列研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該規(guī)格鋁合金矩形管的工藝開發(fā)，并有效地豐富了異型截面管材拉拔成形理論，對(duì)今后類似規(guī)