一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113976707A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111291953.4(22)申请日2021.11.03(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号西北工业大学(72)发明人李恒张力文边天军吴嫦慧(74)专利代理机构西安汇恩知识产权代理事务所(普通合伙)61244代理人张伟花(51)Int.Cl.B21D22/02(2006.01)B21D53/92(2006.01)C22F1/04(2006.01)C21D8/00(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图3页(54)发明名称一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法(57)摘要本发明提供了一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，包括建立铝合金各向异性弹塑性本构模型，模拟试验优选出铝合金各向异性弹塑性本构模型，仿真模拟坯料弹塑性加载直至与模具型面贴合，建立弹塑性变形下蠕变时效宏微观全过程本构模型，模拟弹塑性加载‑蠕变时效‑卸载回弹复合成形全过程，计算构件形成偏差，并进行模具型面补偿至确定最终模具型面。试验采用最终模具型面，先将坯料弹塑性加载直至与模具型面贴合，再进行蠕变时效成形，最后卸载回弹获得目标构件，本发明充分利用弹塑性变形具有的大变形高效率成形特征，及其带来的有利于蠕变时效的初始组织和应力水平，为大曲率复杂壁板构件的形性一体化精确制造提供解决方案。CN113976707ACN113976707A权利要求书1/4页1.一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，包括以下步骤；S1、进行不同取向试样力学性能测试和DIC测试，获得各向异性试验数据；S2、建立铝合金各向异性弹塑性本构模型；S3、模拟试验优选出铝合金各向异性弹塑性本构模型；S4、仿真模拟坯料弹塑性加载直至与目标型面贴合，根据弹塑性加载贴模后的应力应变状态，提取不同应力水平进行单轴间断蠕变时效成形试验，建立弹塑性变形下的蠕变时效全过程宏微观本构模型，进而进行弹塑性加载‑蠕变时效‑卸载回弹复合成形全过程模拟；S5、计算构件形成偏差，并进行模具型面回弹补偿至确定最终模具型面；S6、坯料弹塑性加载直至与模具型面贴合，再进行蠕变时效成形，最后卸载回弹获得目标构件。2.根据权利要求1所述的一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，S1中不同取向试样力学性能测试包括单轴和双轴测试。3.根据权利要求1所述的一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，S2中铝合金各向异性弹塑性本构模型建立是先切取与轧制方向成不同角度试样进行单向拉试验，等双拉试验，得到长度方向上的应变ε11和宽度方向上的应变ε22，其中每个方向进行三次重复试验以确保数据的准确性；金属板料呈现的各向异性可以由各向异性系数值r值来进行表征其定义为：其中ε22试样厚度方向应变，ε33试验宽度方向应变，根据体积不变原理：通过以上试验和公式推导可获得不同方向的屈服强度σ0、σ45、σ90，等双拉屈服强度σb，不同方向各向异性指数r0、r45、r90及等双拉各向异性指数rb，根据获得的试验数据建立Hill48屈服准则、Barlat89屈服准则和Yld2000‑2D屈服准则。4.根据权利要求3所述的一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，所述Hill48屈服准则，其表达式如下：其中为等效应力，F、G、H、L、M、N为各向异性参数，1代表轧制方向，2代表垂直于轧制方向，3代表厚度方向；当板料仅受平面应力且不受平面剪切时，则该屈服准则可简化为：2CN113976707A权利要求书2/4页其中将试验获得的r0，r45，r90带入即可得到各向异性模型；所述Barlat89屈服准则，其表达式如下：当不考虑材料平面剪切应力时：a，h，p为各向异性参数，可以通过r值计算，其中对于面心立方铝合金取m＝6，将试验获得的r0，r45，r90带入即可得到Barlat89各向异性模型；所述Yld2000‑2D屈服准则，其表达式：其中X1、X2为矩阵的主值。L′、L″均是通过线性变化得到，具体转换方式如下：5.根据权利要求4所述的一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，S3、模拟试验优选出铝合金各向异性弹塑性本构模型具体是将获得的铝合金各向异性弹塑性本构模型数值化，并对弹塑性加载贴模及回弹进行有限元模拟，同时进行试验研究，采用三维扫描仪对试验件进行扫描，并与模拟回弹后的数模比对，比较不同本构模型预测精度，从而优选出最优的铝合金各向异性本构模型。3CN113976707A权利要求书3/4页6.根据权利要求1所述的一种铝合金大曲率复杂壁板构件复合成形方法，其特征在于，在S4中仿真模拟坯料弹塑性加载直至与目标型面贴