摘要
铝合金型材具有重量轻、强度高、综合性能优异的特点，已成为高速列车的关键用材。辊弯成形具有节材、节能、生产效率高等优点，在型材类零件成形中应用前景广阔。由于型材内部晶粒沿着挤压方向上呈现取向分布差，导致其力学性能表现出各向异性，这会影响到型材在辊弯成形中的断裂预测。因此，为了准确地预测铝合金型材辊弯的断裂情况，需要考虑其各向异性行为。 本文的主要研究内容与成果如下： （1）对6005A铝合金型材不同位置的翼板和腹板进行了单向拉伸测试，用各向异性指数IPA量化了其各向异性。分别使用von Mises、Hill48和Yld2004-18p屈服准则，建立了铝合金型材的有限元模型，通过EBSD测量和晶体有限元模拟得出6005A铝合金型材不同模型的参数。对比拉伸实验结果表明，建立的各向异性模型能够描述铝合金型材的各向异性。 （2）对中国高铁列车常用的三种不同截面6005A-T4铝合金型材，开展了辊弯成形数值模拟和实验研究。将韧性断裂准则通过Python脚本程序嵌入到有限元软件中，计算出不同型材的裂纹起始位置、启裂时间和最小辊弯半径。对比分析了采用三种屈服准则的断裂预测值与辊弯实验值的差异，结果表明，基于各向异性屈服准则构建的断裂模型预测结果与实验更吻合。其中，采用Yld2004-18p屈服准则预测的效果最好，误差小于3%。 （3）模拟分析了辊轮中心距、辊轮直径和辊速等成形参数对6005A铝合金型材辊弯断裂的影响。结果表明，适当增大辊轮中心距有利于避免辊轮上抬时因局部受力过大而导致的断裂情况，铝合金型材辊弯工艺中心距设置在200～220mm之间可以有效抑制裂纹缺陷的产生；辊轮直径的大小对铝合金型材辊弯成形断裂的影响很小；当辊速较大时，型材辊弯成形时的过渡区较长，不易产生裂纹，铝合金型材辊弯时适当的辊速为1rad/s左右。 （4）分析了铝合金型材弯曲成形过程的受力特点，研究了变形道次、每道次变形量对6005A铝合金型材辊弯过程中裂纹产生的影响规律。模拟结果表明，通过设计合理的成形道次和每道次的变形量能够避免铝合金型材的辊弯断裂。通过拉伸实验研究了循环加载对铝合金变形的影响，分析了辊弯成形中零件局部误差产生的原因，提出了基于多点柔性模块的型材局部轮廓调修方法。局部校正实验表明该方法能够改善铝合金型材成形后曲率不连续的现象，提高成形精度，降低断裂风险。
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