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關(guān)鍵字： 輕合金；數(shù)值模擬；等溫精密成形 摘　要： 隨著現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品輕量化要求日益迫切，輕合金零件被大量采用，現(xiàn)行輕合金零件大都采用切削加工，材料利用率低，傳統(tǒng)熱變形充填性差，且由于坯料產(chǎn)生不均勻的溫度

隨著現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品輕量化要求日益迫切，輕合金零件被大量采用，現(xiàn)行輕合金零件大都采用切削加工，材料利用率低，傳統(tǒng)熱變形充填性差，且由于坯料產(chǎn)生不均勻的溫度場，形成難變形區(qū)域，引起組織性能的不均勻和附加應力[1]。針對傳統(tǒng)熱變形的不足，輕合金零件采用等溫精密成形工藝，即坯料和模具在成形過程中保持在相同溫度下的成形方法，避免了坯料在變形過程中溫度降低和表面急冷的問題，該技術(shù)生產(chǎn)效率高，是實現(xiàn)毛坯精化的有效措施。

1  輕合金零件成形工藝分析

如圖1所示為端面帶三凸筋的淺底筒形零件，材料為超硬鋁合金7A04。該試件的充型要求為：充型飽滿、飛邊小；尺寸精度較高，表面粗糙度小、不粘模；成形載荷小。該輕合金零件從使用和加工工藝角度分析有以下難度：一是強韌性指標高，且要求基體組織滿足相關(guān)技術(shù)要求；二是結(jié)構(gòu)復雜、形狀特殊、變形程度大；三是材料常溫塑性低、熱成形溫度范圍窄、導熱系數(shù)大、成形加工性差。針對該試件上述工藝難點，采用等溫精密成形工藝，有利于提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)制件的少、無切削加工。

2 有限元數(shù)值模擬分析

針對其工藝特點，采用有限元方法對零件的成形全過程進行模擬仿真，對零件成形性能進行分析，對其變形過程中可能出現(xiàn)的缺陷進行預測，為零件的生產(chǎn)試驗提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

數(shù)值模擬技術(shù)是上世紀七十年代末隨著金屬成形基礎理論和計算機技術(shù)的興起和發(fā)展，為克服解析法的不足，避免幾何非線性和物理非線性，在矩陣技術(shù)基礎上發(fā)展起來的對成形過程進行FEM（有限元法）數(shù)值模擬[2]。本研究采用美國MSC公司的DEFORM通用有限元軟件對上述輕合金零件等溫精密成形全過程進行了數(shù)值模擬分析，模擬結(jié)果如圖2～圖4所示。

從圖2、、3、4模擬結(jié)果中可看出，試件各部位均已充滿，棱邊齊整，底部凸臺、側(cè)壁凸筋成形情況均達到設計要求。等溫成形的變形初期，毛坯內(nèi)等效應力大小區(qū)別不大，最大等效應力和等效應變在與凸模底部圓角接觸處，當零件底部凸臺被充滿后，凸模底部以下的金屬應力大，但差別不大，凸模底部以上毛坯的應力、應變向上逐漸減少，反擠出的大部分金屬應力很小。成形過程中，金屬流動均勻、規(guī)律，無金屬紊流現(xiàn)象，不易產(chǎn)生折疊缺陷；且成形載荷不大，滿足設備要求。

3 等溫精密成形工藝試驗

3.1試驗情況

在上述模擬仿真的基礎上，對輕合金筒形零件毛坯進行了等溫成形工藝試驗，試驗裝置工作部分示意圖如圖5所示。在初步工藝試驗中，成形件充型飽滿、尺寸穩(wěn)定，符合設計要求，但其表面出現(xiàn)麻點和局部粘模現(xiàn)象，分析表明，是由于成形時工件與模具間壓力大，潤滑膜破裂，產(chǎn)生局部干摩擦造成的。為提高潤滑膜的承壓力，加入0.3%（重量百分比）的硫化烯烴極壓添加劑[3]，成形件表面質(zhì)量得到改善，局部粘模、表面麻點消失，成形件形狀、尺寸和表面質(zhì)量得到顯著改善，尺寸精度達到IT11～IT12，表面粗糙度達到Ra2.09，均超過產(chǎn)品設計要求，如圖6所示。

3.2 組織性能分析

對零件試驗結(jié)果進行取樣，通過金相觀察，對等溫精密成形進行組織分析。圖7為變形溫度對7A04超硬鋁的影響情況。從圖中看出，7A04超硬鋁變形溫度為420℃時，其組織中晶粒均勻、細小，經(jīng)過后續(xù)固溶處理后，可得到組織均勻，晶粒細小，性能優(yōu)良的等溫成形件；而當變形溫度升到450℃時，組織雖然均勻，但晶粒比較粗大。

變形溫度一定時，輕合金等溫成形件固溶時效處理后再結(jié)晶組織的晶粒大小和形態(tài)與變形程度即變形量有關(guān)。圖8為變形溫度420℃、應變速率10-2s-1條件下7A04超硬鋁在不同變形量的熱壓縮的組織。變形量ε<20% ，7A04鋁合金經(jīng)熱壓縮出現(xiàn)不均勻的組織特征，第二相顆粒尺寸很大，而且分布不均勻；當變形量大于50%時，第二相顆粒沿變形方向被拉長，變形組織較均勻，晶粒較細小。

4 結(jié)論

1）與普通鍛造比較，等溫精密成形提高了輕合金的塑性成形性，使難變形輕合金材料能夠?qū)崿F(xiàn)工程大變形，從而改善和提高了輕合金成形件的組織性能，滿足武器零件的技術(shù)要求。

2）該技術(shù)應用于輕合金武器零件成形，節(jié)省材料、減少后續(xù)機加工序和加工余量，減少生產(chǎn)工時，降低生產(chǎn)成本，研究使用條件簡單，具有便于使用和推廣的應用價值。具有顯著的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 薛治中.鋁合金精密模鍛的技術(shù)現(xiàn)狀和前景.鍛壓技術(shù)，1994，NO 6，P8-12.

[2] 肖景容、李尚建.塑性成形模擬理論.武漢：華中理工大學出版社，1994.

[3] 孫建林.有色金屬加工工藝潤滑及潤滑劑.有色金屬加工，1993，P53-57，61.