【摘 要】
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铝合金由于具有密度小、强度高以及良好的耐腐蚀性等优点成为最常用的轻质合金之一,但是铝合金板材在常温下成形性能差、容易产生破裂,高速率成形工艺能显著改善上述问题,因此在铝合金板材成形方面得到了广泛关注。脉冲电液成形是一种常用的高速率成形工艺,与传统成形方式相比,脉冲电液成形工艺只需半模,成形精度高且板材回弹小,但目前国内针对脉冲电液成形工艺的相关理论、实验和数值仿真研究都有限,需要对此工艺进行系统的
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铝合金由于具有密度小、强度高以及良好的耐腐蚀性等优点成为最常用的轻质合金之一,但是铝合金板材在常温下成形性能差、容易产生破裂,高速率成形工艺能显著改善上述问题,因此在铝合金板材成形方面得到了广泛关注。脉冲电液成形是一种常用的高速率成形工艺,与传统成形方式相比,脉冲电液成形工艺只需半模,成形精度高且板材回弹小,但目前国内针对脉冲电液成形工艺的相关理论、实验和数值仿真研究都有限,需要对此工艺进行系统的研究,以提高铝合金在先进制造领域的应用。本文以6061铝合金板材为研究对象,通过实验与有限元仿真相结合的方式对该材料在室温下的脉冲电液成形工艺进行了研究,主要的研究内容如下:首先通过准静态单向拉伸和霍普金森拉杆实验得到6061铝合金板材准静态和高应变率下的力学性能参数,并且以得到的应力应变曲线为基础,建立高应变率下的Johnson-Cook流动应力模型,为后续有限元仿真中材料的本构关系奠定基础。其次基于M-K理论,结合准静态下Barlat89屈服准则和Johnson-Cook硬化模型对6061铝合金板材的成形极限曲线进行预测,并根据Nakazima实验验证了该预测曲线的可靠性;同时对压印有网格圆的6061铝合金板材进行了脉冲电液成形实验,并与准静态下的FLC进行对比,验证了该工艺可以有效提高6061铝合金板材的成形极限。然后基于流固耦合方法对脉冲电液成形过程进行了有限元仿真,结果表明在涨形过程中,介质水首先与板材的中间位置进行接触,微秒级别内就可以使材料超过屈服强度发生塑性变形;同时仿真结果表明由于冲击波在扩散过程中被成形腔室的壁面不断反射,使材料在完成贴模后仍然被一定的压力不断压紧,使材料在成形后的回弹减小。最后进行了不同工艺参数下的脉冲电液成形实验研究,结果表明放电电压越高,板材的贴模效果越好;吊高和电极间距存在一个最佳值,能够使板材的贴模效果达到最好;金属爆炸丝的存在能够有效提高板材的贴模效果;每次加载平均可以提高20%的成形效果。
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