一家专注流体压力成形技术
【作 者】程彬洋;刘祥;芦俊杰;庞秋
【前 言】
随着轻量化技术逐渐受到制造业领域的重视，钛合金和铝合金等轻质材料广泛运用到汽车、飞机等行业中。铝合金由于具有优良的力学和成形性能而被认为是汽车轻量化的重要选择，各种板料成形技术也得到飞速发展。Al-Zn 系合金具有比强度和比刚度较高、断裂韧性优良等优点，有着较大的轻量化潜力[1-3]，但是由于存在成形延性差、回弹严重等问题，这系列合金在室温下的成形性很差，往往很难成形形状复杂的零件。
文中研究了一种铝合金预时效强化温热成形工艺（Pre-Aged Hardening Warm Forming，PHF），其流程如图 1 所示[4]。在该工艺过程中，首先对合金进行固溶热处理和预时效处理，以用作坯料。随后，将预强化坯料加热至所需温度，保温一段时间，然后转移到成形装置中进行热冲压，最终制件无需后续热处理即可获得。对于该工艺，预强化坯料由板料供应商批量供应，冲压工序可在几分钟内完成，从而缩短生产周期并降低成本。
文中主要比较了 2 种本构方程对 Al-Zn 合金 PHF工艺变形行为的预测，从而提出一种适用于该工艺变形特性和参数优化的本构模型。在应变速率为 0.01~ 1 s−1、温度为 180~220 ℃的变形条件下，对 Al-Zn 合金进行了一系列热拉伸试验，分析了不同工艺参数下合金材料的微观组织演变和流动应力行为。
【结 论】
针对提出的高强铝合金预时效强化温热成形工艺（PHF）进行了本构模型研究，对提供的 Al-Zn 合金进行热拉伸试验，变形条件为不同变形温度（180~220 ℃）和应变速率（0.01~1 s−1），并对试验值进行了修正，得到真实应力-应变曲线，并对流动行为进行描述。在修正试验值的基础上，采用适用于高强铝合金的应变补偿的含 Z 参数本构模型和PSO-BP 人工神经网络本构模型对 Al-Zn 合金的流动行为进行了预测。根据研究可以得到以下结论。
1）对修正后的试验值进行研究可发现流动应力对变形条件比较敏感，在同一变形温度下，流动应力随应变速率的增大而升高，说明热变形过程中 Al-Zn合金呈现正的应变速率敏感性；在同一应变速率下，流动应力随变形温度的升高而下降，这种现象说明Al-Zn 合金在热变形过程中有热软化效应。
2）建立应变补偿的含 Z 参数本构模型的 R 值和EAARE 值分别为 0.96 和 8.761%，虽然预测流动应力时有个别参数会出现较大的偏差，但整体趋势基本一致；而 PSO-BP 人工神经网络本构模型的出预测值和试验值则高度吻合，R 值和 EAARE 值分别为 0.993 5和 2.51%，而且拥有更准确、更快速的数据采集和分析能力，对铝合金及其他合金材料的热变形行为预测有着重要意义。
以下是正文：
