一家专注流体压力成形技术
【作 者】许亮;徐从昌;李落星
【前 言】
铝合金型材具有质量轻、力学性能优良、耐腐蚀性好等特性，被广泛应用于新能源框架式车身、轨道交通车辆和航空航天等领域。为满足结构力学、空气动力学等方面的要求，这些型材常被设计为弯曲构件。
目前，铝合金型材的弯曲加工方法主要为冷弯，其包括拉弯、绕弯和滚弯等工艺。图1为典型的拉弯成形工艺过程，在弯曲之前对型材施加预拉力Fax，而后靠模并在弯曲力Fy、的作用下弯曲成形。由于型材截面复杂且薄壁中空，在弯曲过程中，型材横截面在复杂应力作用下，易产生成形缺陷，并导致尺寸精度难以精确控制[1-3]，使得弯曲变形后应力沿截面分布不均匀，使型材横截面上不但存在塑性变形区，而且还存在弹性变形区。因此，当弯曲力矩卸载后，型材会产生弹性回复，即回弹现象[4]。在冷弯过程中，加载条件、保压时间、接触面之间的润滑以及卸载等工艺参数均会对回弹产生显著影响，同时，型材自身的截面形状、热处理状态也是影响回弹的重要因素。在多种因素的藕合作用下，型材冷弯回弹问题变得复杂且难以精确控制[[5]截面畸变同样是型材冷弯成形中难以避免的问题。封闭截面型材弯曲过程中，当型材横截面的宽度与厚度之比较大、且内部没有支撑或者支撑较弱时，容易引起边缘的塌陷而无法保持原型材的截面形状。型材截面的抗畸变能力与型材截面形状密切相关。在大多数的设计方案中，冷弯工艺需添加填充物(芯棒、细沙以及低熔点聚合物等)对型材空腔形成支撑，通过增加型材截面刚度来控制截面畸变。然而填充工艺繁琐、回弹大，生产效率低，成本也较高。上述缺陷大大制约了高精度铝合金弯曲型材的制备及应用。
本文将结合实验与仿真，着重探究铝合金型材挤压一弯曲一体化工艺的成形精度。首先，依托搭建的铝合金型材挤压一弯曲一体化成形实验装置，对6063铝合金方管型材进行挤压一弯曲实验，获得弯曲型材的回弹量和截面畸变量;其次，建立型材挤压一弯曲一体化成形的有限元模型，模拟了挤压一弯曲成形过程;最后，通过对比实验与仿真的结果，详细讨论了挤压一弯曲一体化工艺中型材回弹和截面变形的主要规律及机理，并与冷拉弯成形进行对比分析。
【结 论】
（1）挤压一弯曲一体化成形工艺条件下，铝合金材料的屈服强度与弹性模量之比降低，弯曲型材的回弹量比冷拉弯工艺下的回弹量减小了50%，回弹现象得到了有效抑制。型材回弹量与型材弯曲温度呈负相关。
（2）弯曲过程中截面变形主要发生在外侧表面，而型材内表面在弯曲模刚性支撑下的变形量相对较小。相比冷拉弯，挤压一弯曲一体化成形工艺中材料强度系数和硬化指数降低，材料均匀变形能
力提高，截面畸变量相较于T6态减小了约77 %，仅为0. 22 mm左右。
（3）挤压一弯曲一体化成形工艺显著降低了弯曲成形的回弹量与截面畸变量，有效提高了弯曲型材的尺寸精度。
以下是正文：
