题目：铝合金板材充液热成形性能及关键技术研究

    板材充液热成形技术是在充液成形技术基础上，考虑温度的影响，并充分发挥材料成形性能的一种柔性先进制造技术。该技术尤其适用于室温下塑性差的轻质合金材料，符合目前节能、减排、环保的发展趋势，是一种重要的轻量化成形技术。鉴于诸多科学问题尚未明确，其关键技术问题还处于摸索阶段，不利于板材充液热成形技术的快速发展。有效解决板材充液热成形的成形性能问题，突破其关键技术，对该项先进制造技术的推广及我国制造业整体水平的提升具有重要意义。

    流体压力提供厚度法向应力并辅助成形是板材充液热成形技术典型工艺特征。本文从该工艺特征出发，主要针对铝合金板材充液热成形性能及关键技术，对热力耦合条件下成形工艺特性、椭圆胀形试验获取板材流动性能、基于椭圆胀形试验成形极限、板材充液热成形起皱预测及板材充液热成形工艺适用性等进行了研究。

    首先对热力耦合条件下板材充液热成形技术工艺进行了研究。基于理论分析，建立了热力耦合条件下典型零件热介质差温充液成形工艺数值模型，并对模型进行了数值模拟计算，得到了各参数对模拟结果的影响规律，即零件成形过程中的变形量主要集中在温度较高、流变应力更低的法兰区域，为避免零件破裂，需要尽量保持法兰区域流变应力低，温度较高；同时对铝合金板材2A16进行了热介质差温充液拉深成形试验验证，发现热力耦合条件下板材热介质充液成形性能得到一定程度的改善，试验结果与模拟结果吻合良好。

    提出了采用椭圆形模具对铝合金板材进行热态胀形试验的研究方法。并在自主研发的板材热态胀形-拉深试验机YRJ-50上，对铝合金板材2A16进行了不同模具尺寸（长轴直径100mm，短轴直径分别为100mm、90mm、80mm、60mm、40mm）、不同胀形温度（常温、150℃、210℃、300℃）、不同压力率（0.045MPa/s、0.0045MPa/s）条件下胀形试验，获取了板材胀形高度——压力曲线，并分析了温度、压力率对胀形高度及压力的影响规律；同时结合椭圆胀形顶点应力应变状态及其计算公式，计算出了实时的等效应力及等效应变，并获取了不同温度、不同压力率条件下的等效应力应变曲线，同时研究了温度、压力率对等效应力、等效应变的影响规律。

    基于铝合金板材2A16椭圆热态胀形试验，开展了材料成形极限研究。在以次应变为横坐标、主应变为纵坐标的坐标轴系中，标绘出了材料拉-拉应变状态下（即右半区）的成形极限图；结合单向拉伸试验获取的材料极限应变值、采用二次多项式拟合出的试验数据逼近曲线，得到了完整的铝合金板材成形极限图；同时研究了温度、压力率、板材初始厚度等因素对成形极限的影响规律。

    以压力率辅助成形工艺特征出发，基于常温至300℃内铝合金板材2A16椭圆胀形试验数据，建立了铝合金板材成形极限预测模型方程。方程中常量 k0、 k1、k2 与温度、压力率有关，表明了材料主应变、次应变与温度、压力率之间的函数关系，可用于预测板材的成形极限曲线。

    开展了板材充液热成形技术工艺起皱预测研究。从板材起皱预测基本理论模型、板材起皱控制基本理论出发，建立了板材起皱预测模型，提出了流体压力提供厚度法向应力作用下板材充液热成形起皱性能测试试验方法，并设计出了对应的试验装置；同时提出了适用于预测板材充液热成形技术工艺过程的起皱系数方程 Lλ ，方程中含有流体压力P、起皱临界压力Pm、起皱高度h及测量基准区拉应变参数λ75 。该起皱系数表达了板材在充液热成形技术工艺中抗起皱的能力，Lλ越大，板材越容易起皱，抵抗起皱能力越差。

    进行了板材充液热成形工艺适用性研究。主要针对形状尺寸精度控制、典型零件成形工艺、微观组织等三方面开展分析探讨，同时讨论了典型验证件的数值模拟及成形工艺特征。金相试验结果表明，材料成形前后、不同压力率条件下、不同变形区域试样析出相质点均无明显变化；EDS试验结果表明，不同压力率、不同变形区域内试样微观组织均无明显变化规律。从而表明，压力率对板材充液热成形技术工艺的微观组织影响并不明显。