一家专注流体压力成形技术
【作 者】王刚;孔得红;李思奕;朱润寰;茅炜
【摘 要】提出了双金属复合管的气压胀形-冷缩结合成形新工艺。首先通过热拉伸试验确定了AZ31镁合金和7475铝合金2种挤压管在420、440和460℃的周向流动应力和延伸率,在此基础上,计算出了使铝管和镁管产生变形所需的初始气压和最大气压,并且在460℃实现了AZ31/7475双金属复合管的成形,所成形的AZ31/7475双金属复合管结合紧密,无冶金结合;研究了因铝管、镁管和模腔之间存在偏心而导致的复合管横截面壁厚不均匀分布规律;推导出了管间残余接触应力的计算公式,其包含卸载气压后因弹性恢复不同引起的残余接触应力和因2种合金冷缩量不同引起的残余接触应力。利用压缩实验实测了复合管的残余接触压力,理论计算值与实测值吻合较好,相差约19.2%。
【前 言】
铝、镁合金是典型的轻质材料，镁合金密度低、比强度和比刚度高、减震、导热性和电磁屏蔽性好，而铝合金比强度和比刚度高、表面易形成致密的氧化膜，耐腐蚀性优良。因此，镁/铝复合管或板壳件可以兼具镁、铝合金的性能优势【1,2】。虽然当前可用来生产双金属复合管的塑性成形工艺较多，如液压胀形[[3,4]，旋压[5]、拉拔[6]、挤压[7]、电磁成形[8]爆炸成形[9]等，但由于镁合金和许多铝合金室温下塑性差，不能象钢类复合管那样采用液压胀形、拉拔、旋压、电磁成形、爆炸成形等塑性成形方法来生产，而采用挤压方法生产，又存在着管材壁厚不均匀、易产生波浪、竹节等缺陷[[10]。王开坤、杜艳梅等采用ABAQUS有限元软件对A356/AZ91D双金属复合管在半固态多坯料挤压工艺下进行数值模拟研究，得到变形体在不同变形温度下的温度场和应力、应变分布[11，12]。镁/铝复合管
由于加工技术的限制，目前应用还很少，迫切需要开发新的成形方法。
本研究提出了一种气压胀形一冷缩结合成形镁/铝合金双金属复合管的工艺，此工艺具有工艺简单、复合管的内管无摩擦以及破坏现象、结合强度较高等特点。其成形原理如下：将铝合金(例如7475)管置于热膨胀系数比其大的镁合金(例如AZ 31)管之内，两管间具有较小的间隙，将组装好的镁/铝双层管置于模具中，密封内管，加热到镁、铝合金管的塑性成形温度后，从端部通入惰性气体胀形，使两管局部开始接触并持续进行胀形，使异种合金双层管同时变形与模具贴合，形成双金属复合管，在卸压、冷却之后，内层和外层管之间因为线收缩不同而物理结合，通过改变复合管的初始冷却温度(例如成形后先保压模内冷却后空冷和成形后先升温后空冷)等手段，可调节层间残余接触应力，成形原理见图1。
【结 论】
1、在420~460℃，AZ31和7475挤压管材的周向延伸率基本上都超过了100%，同时流动应力较小，具备同步气压胀形的条件。
2、在460℃，采用初始气压3 MPa、最大气压5MP a，按1 MPa/60 s的加载速率成形出了AZ31/7475双金属复合管，管间界面结合紧密，无冶金结合。
3、因管材偏心，双金属复合管横截面壁厚分布不均匀，复合管、镁管和铝管最大偏离理论壁厚在5%~10% 。
4、管间残余接触应力应包含由于收缩不同产生的冷缩残余接触应力以及气压卸载后因回弹不同产生的回弹残余接触应力，残余接触应力计算值与实测值相差约19.2%，吻合较好。
以下是正文：
