摘要
铝合金具有质量轻、强度高等优势，在航空航天、高速轨道交通等领域具有广泛用途。其中，6005A铝合金具有良好的塑性、机加性能、焊接性能、抗腐蚀性能和热挤压性能，且具有一定的价格优势，常用来制造高铁、轮船、飞机等大型设备的结构件。随着高性能、轻量化、精确成形要求的不断提高，大截面、大壁厚差、非对称的多腔壁板铝合金型材成为航空航天、高速轨道交通等工程用的关键结构型材，且这类型材的成形制造精度和力学性能要求很高，这对挤压工艺参数选择和模具结构设计带来了技术挑战。因此，研究大型复杂截面多腔型材的挤压技术对于提升航空航天、高速轨道交通等高端装备制造业的整体水平具有重要意义。 本文以某一飞行器舱体用6005A铝合金挤压型材为研究对象，研究了该合金在不同温度和应变速率下的塑性变形行为，建立了合金的本构模型和热加工图，设计了舱体用大型复杂空心型材挤压模具，建立了该型材挤压过程数值模拟模型，分析了挤压过程中金属的流动规律，对阻流块、焊合室、工作带、分流孔等模具结构进行了优化设计，提高了模具出口处型材截面的流速均匀性，研究了挤压工艺参数对6005A铝合金型材微观组织、粗晶层和力学性能的影响规律。本文主要研究内容和成果如下:(1)在变形温度623～823K和应变速率0.01～10s-1条件下，对6005A铝合金材料进行了热压缩试验研究，获得了不同温度和应变速率下的应力应变曲线，分析并揭示了合金的流动行为，通过对变形温度和摩擦进行修正，建立了考虑应变补偿的高精度Arrhenius本构关系模型以及不同应变下的热加工图，并确定了该合金最佳热加工工艺参数范围。 (2)以某一飞行器舱体用大截面复杂空心6005A铝合金型材为研究对象，分析并确定了型材的挤压工艺参数，设计了分流挤压模具结构，基于HyperXtrude数值模拟软件和建立的本构关系模型，建立了该型材分流挤压过程数值模拟模型，研究了不同挤压工艺参数对型材挤压变形的影响规律，确定了合理的挤压速度。 (3)研究了不同分流挤压模具结构对模具出口处型材截面的材料流速均匀性影响规律，对模具阻流块、焊合室、工作带及其分流孔等结构进行了优化设计。基于响应曲面法，建立了舱体用型材挤压模具优化模型，研究了阻流块高度、一级焊合室倾斜角、二级焊合室深度与一级焊合室深度比值对型材成形质量的影响规律，确定了最优分流挤压模具结构。建立了挤压模具强度分析数值模拟模型，并对挤压模具进行强度校核。 (4)为研究挤压工艺参数对6005A铝合金挤压型材组织和力学性能的影响，进行了一种工字形型材的挤压实验。系统研究了工字形型材不同位置处的力学性能、微观组织及粗晶层厚度的差异性。还研究了挤压工艺参数对6005A铝合金型材微观组织、粗晶层和力学性能的影响规律，确定了有效控制型材粗晶层厚度及其力学性能的挤压工艺参数组合。
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