田玉麗，楊 合，李 恒，逯若東，王澤康

(西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710072)

6061－T4大直徑薄壁管數(shù)控彎曲壁厚變化實(shí)驗(yàn)研究

田玉麗，楊 合，李 恒，逯若東，王澤康

(西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710072)

為實(shí)現(xiàn)6061-T4大直徑薄壁鋁管數(shù)控彎曲精確成形，提高其成形極限與質(zhì)量，需對(duì)彎曲過(guò)程中壁厚變化進(jìn)行有效控制.本文以該材料Φ50.8 mm×0.889 mm×101.6 mm(直徑D×壁厚t×彎曲半徑R)薄壁鋁管為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)研究了彎曲角度、芯棒伸出量、芯球個(gè)數(shù)、彎曲速度等可控參數(shù)對(duì)壁厚的影響規(guī)律.研究結(jié)果表明：在整個(gè)彎曲段內(nèi)，中性層并不是均勻地發(fā)生等距離偏移，中性層偏移量(E)與內(nèi)外脊線壁厚變化率差值(η)存在線性關(guān)系，E隨的增大而增大;增大彎曲角度、芯棒伸出量、彎曲速度都導(dǎo)致內(nèi)外脊線壁厚變化程度加重，管材壁厚變化不均勻度加劇;芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚的影響呈非線性;基于優(yōu)化的工藝參數(shù)組合，成功獲得最大壁厚減薄率為22%的180°合格彎曲管件.

薄壁鋁管;6061-T4;數(shù)控彎曲;壁厚變化;實(shí)驗(yàn)研究

薄壁彎管零件，由于能夠滿足對(duì)產(chǎn)品輕量化、強(qiáng)韌化和低消耗等方面的工程需求，在航空、航天和汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］.6061-T4鋁合金是Al-Mg-Si系合金，固溶熱處理后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定狀態(tài)，該合金具有較高強(qiáng)度，良好塑性和優(yōu)良耐蝕性，廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)輸油、環(huán)控及供氧等系統(tǒng)導(dǎo)管零件.數(shù)控彎曲工藝能夠滿足對(duì)彎曲件生產(chǎn)過(guò)程精確化、高效率的需求，在航空、航天工業(yè)的管彎曲成形加工中，占據(jù)了重要地位［1］.隨著我國(guó)大飛機(jī)和新一代軍機(jī)的研制，鋁合金大直徑薄壁管件作為一種關(guān)鍵的輕量化構(gòu)件，將在航空工業(yè)中得到廣泛的使用，因此，迫切需要研究和發(fā)展鋁合金大直徑薄壁管的數(shù)控彎曲技術(shù).然而，數(shù)控彎曲是一個(gè)多模具嚴(yán)格配合，多因素耦合影響的復(fù)雜非線性成形過(guò)程，彎曲過(guò)程中管材壁厚發(fā)生不均勻變形，外側(cè)壁厚減薄，內(nèi)側(cè)壁厚增厚，壁厚不均勻分布直接降低管件承受內(nèi)壓的能力，影響強(qiáng)度、剛度等機(jī)械性能，制約了彎管件的使用.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究等方法對(duì)數(shù)控彎曲過(guò)程中管材壁厚變化進(jìn)行了大量研究.文獻(xiàn)［2］根據(jù)管材幾何結(jié)構(gòu)，利用塑性變形理論推導(dǎo)了簡(jiǎn)化的管材彎曲壁厚變化公式;鄂大辛［3］基于實(shí)驗(yàn)研究分析發(fā)現(xiàn)壁厚減薄量隨材料硬化指數(shù)和延伸率增大而增大，隨屈強(qiáng)比增大而減小;張靜靜［4］模擬研究了壓力模參數(shù)對(duì)規(guī)格為Φ127 mm×1.25 mm(t)×190.5 mm(R)的大口徑薄壁鋁管彎曲壁厚減薄的影響，發(fā)現(xiàn)合理增加壓塊與管件間的摩擦和壓塊速度，有助于控制壁厚減薄;李恒等［5-6］采用模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法研究了芯模參數(shù)對(duì)規(guī)格為Φ38 mm×1 mm(t)的5052O鋁合金管成形質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)增大芯棒直徑和芯棒伸出量增大壁厚減薄，并推導(dǎo)出實(shí)用的芯模參數(shù)選取公式;岳永保［7-8］研究發(fā)現(xiàn)對(duì)規(guī)格為 Φ50 mm×1 mm(t)×100 mm(R)的5052O鋁管，壁厚減薄隨芯球個(gè)數(shù)、彎曲角度、相對(duì)彎曲半徑的增大而顯著增大，鋁合金管比不銹鋼管更易出現(xiàn)拉裂缺陷;而對(duì)于 Φ14 mm× 1.35 mm(t)的TA18中強(qiáng)厚壁鈦管，彎曲角度大于20°后壁厚變化趨勢(shì)不大.以上研究發(fā)現(xiàn)，彎曲角度、芯棒伸出量、芯球個(gè)數(shù)和彎曲速度等可控參數(shù)是影響管材數(shù)控彎曲過(guò)程中壁厚變化的主要因素，然而，目前針對(duì)6061-T4大直徑薄壁鋁合金管數(shù)控彎曲成形規(guī)律的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，各工藝參數(shù)對(duì)其數(shù)控彎曲成形質(zhì)量的影響規(guī)律尚未得知，缺乏可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累.為了獲得數(shù)控彎曲過(guò)程中6061-T4大直徑薄壁鋁管壁厚的變化規(guī)律，本文以Φ50.8 mm×0.889 mm(t)×101.6 mm (R)的6061-T4管為研究對(duì)象，通過(guò)單因素法實(shí)驗(yàn)研究了彎曲角度、芯棒伸出量、芯球個(gè)數(shù)和彎曲速度等可控參數(shù)對(duì)6061-T4薄壁鋁管數(shù)控彎曲壁厚的影響規(guī)律，并獲得了中性層偏移量隨壁厚變化不均勻度的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上獲得優(yōu)化參數(shù)并實(shí)現(xiàn)了該規(guī)格大直徑薄壁鋁管數(shù)控彎曲精確成形.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及其力學(xué)性能的測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T228-2002，利用線切割沿管件軸向截取弧形試樣進(jìn)行單拉實(shí)驗(yàn)，得到該管材的基本力學(xué)性能參數(shù)，見(jiàn)表1.

表1 管材材料力學(xué)性能參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

采用實(shí)驗(yàn)法研究薄壁鋁管數(shù)控彎曲壁厚變化，彎管機(jī)型號(hào)為W27YPC-63.實(shí)驗(yàn)中，采用粘稠度高抗壓性能好的不銹鋼專用拉伸油S980B加汽油稀釋后作為潤(rùn)滑劑，充分潤(rùn)滑芯模、防皺模、以及管件內(nèi)壁，夾持模、壓力模與管件外壁為干摩擦，充分壓緊夾持模以保證夾持模與管件之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，壓力模速度同彎曲模中心線切向線速度相匹配.實(shí)驗(yàn)?zāi)＞叱叽缛绫?所示.

其中，相對(duì)彎曲半徑R=101.6 mm，R/D=2，實(shí)驗(yàn)中工藝參數(shù)值如表3所示，其中斜體數(shù)值為各工藝參數(shù)基本值，如無(wú)特殊說(shuō)明，各工藝參數(shù)均選取其基本值.

表2 模具尺寸 (mm)

表3 工藝參數(shù)值

1.3 測(cè)量方法

數(shù)控彎曲過(guò)程中，中性層外側(cè)材料受切向拉應(yīng)力作用產(chǎn)生拉伸變形，外層纖維被拉長(zhǎng)，由于變形過(guò)程中體積不變，故外側(cè)管壁厚度方向減薄;中性層內(nèi)側(cè)材料受切向壓應(yīng)力作用被壓縮，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)壁厚增加，且位于彎曲變形區(qū)最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的材料受切向應(yīng)力絕對(duì)值最大，其管壁壁厚變化最具代表性，因此，實(shí)驗(yàn)選取彎曲平面內(nèi)管壁最外側(cè)及最內(nèi)側(cè)脊線處的壁厚變化情況作為研究對(duì)象.壁厚變化計(jì)算公式為

式中:△t為壁厚變化率;t0為原始壁厚(mm);t為彎曲后測(cè)得壁厚(mm).對(duì)實(shí)驗(yàn)所得彎管采取線切割的方式沿彎曲平面剖開(kāi)，使用測(cè)量精度為0.001 mm的螺旋尖頭千分尺對(duì)內(nèi)外脊線壁厚進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量順序以?shī)A持端為起始端，每隔10°進(jìn)行一次測(cè)量，測(cè)量位置與順序如圖1(a)所示.對(duì)彎管徑向剖面上的壁厚測(cè)量順序定義如圖1(b)所示.

圖1 彎管測(cè)量順序及定義示意圖

在彎曲過(guò)程中，由于材料、加載條件以及邊界條件均關(guān)于彎曲平面對(duì)稱，故在截面圓周上，選取從0°～180°處厚向應(yīng)變進(jìn)行研究，x、y軸正方向定義如圖1所示.

2 結(jié)果與討論

2.1 彎曲角度對(duì)壁厚變化的影響

圖2為不同彎曲角度對(duì)6061-T4鋁合金管數(shù)控彎曲外脊線壁厚減薄率及內(nèi)脊線壁厚增厚率的影響，可以看出，隨彎曲角度增加，外脊線壁厚減薄率及內(nèi)脊線壁厚增厚率都相應(yīng)增大.這是因?yàn)閺澢嵌仍龃螅饧咕€材料變形程度增大，材料所受切向拉應(yīng)力加大，導(dǎo)致減薄加重;同時(shí)彎曲角度越大，參與變形的材料增多，內(nèi)側(cè)材料由于擠壓堆積顯著增厚，壁厚增厚率增大.對(duì)比圖2(a)及 (b)可以看出，壁厚減薄率及增厚率數(shù)值不等，存在一定差值，故壁厚變化呈現(xiàn)出不均勻性，本文提出壁厚變化率差值(η)來(lái)表征壁厚變化不均度，

式中:η為壁厚變化率差值;△t內(nèi)為內(nèi)脊線壁厚變化率;△t外為外脊線壁厚變化率.

圖2 彎曲角度對(duì)壁厚變化的影響

圖3所示為不同角度彎管的內(nèi)外脊線壁厚變化率差值η在各彎曲截面上的分布情況，可以看出:在彎曲前段，靠近夾持端(0°)附近，η＞0，即壁厚增厚率大于減薄率;隨彎曲變形的進(jìn)行，壁厚減薄逐漸加重，η逐漸減小至η＜0;180°彎曲條件下η的波動(dòng)范圍最大，壁厚變化不均勻性最顯著.

為進(jìn)一步研究壁厚變化不均勻度對(duì)管材中性層偏移量的影響，選取180°彎曲角下的管材沿徑向剖分，圖4為180°彎管90°彎曲截面上的厚向應(yīng)變分布，可以看出，厚向應(yīng)變?yōu)?處(對(duì)應(yīng)應(yīng)變中性層)不在90°，而位于94°左右，表示在彎曲徑向截面上，應(yīng)變中性層沿y軸負(fù)方向(即彎管內(nèi)側(cè))發(fā)生了偏移，偏移量近似由式(3)求出(r為管材外半徑)，

求得E=-1.772 mm.

圖3 彎曲角度對(duì)壁厚變化不均勻度的影響

圖4180 °彎管90°截面處厚向應(yīng)變

采取同樣的方法，針對(duì)180°彎管0°、45°、135°、180°的4個(gè)彎曲截面上的壁厚進(jìn)行測(cè)量，得到各截面上的中性層偏移量，結(jié)果如圖5所示，可以看出，在整個(gè)彎曲段內(nèi)，中性層并不是均勻地沿軸向發(fā)生等距離偏移:0°～45°截面上中性層向外偏移，且靠近夾持端中性層外移量最大;在45°～90°截面內(nèi)，中性層偏移逐漸從向外轉(zhuǎn)變?yōu)橄騼?nèi)，在90°～135°變形區(qū)域內(nèi)，中性層向內(nèi)偏移，在135°～180°彎曲截面上中性層偏移又從向內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲猓?°和135°彎曲截面上分別具有最大的中性層外移、內(nèi)移量.同時(shí)可以看出，中性層偏移量E的變化與壁厚變化率差值η存在線性關(guān)系:η為正，中性層向彎曲外側(cè)偏移，η為負(fù)，中性層向彎曲內(nèi)側(cè)偏移，且越大，中性層偏移越顯著.

圖5 180°彎管不同截面上的中性層偏移量與壁厚變化率差值

2.2 芯棒伸出量對(duì)壁厚變化的影響

在實(shí)際彎曲過(guò)程中，芯棒伸出量過(guò)大易導(dǎo)致彎管外側(cè)管壁破裂，實(shí)際取值應(yīng)小于最大臨界值，因此，既可為管材提供有效支撐，又不會(huì)使管壁過(guò)度減薄致使拉裂.文獻(xiàn)［6］推導(dǎo)出了最大芯棒伸出量的估算公式:

式中:R為彎曲半徑(mm);D為管件外徑(mm);t為管件壁厚(mm);d為芯棒直徑(mm);rd為芯棒端部圓角半徑.芯模端部圓角半徑rd=2 mm，由此得出最大伸出量e≈8 mm.

圖6為不同芯棒伸出量對(duì)6061-T4鋁合金管數(shù)控彎曲外脊線壁厚減薄率及內(nèi)脊線壁厚增厚率的影響，可以看出鋁合金管外、內(nèi)脊線壁厚變化對(duì)芯棒伸出量變化較敏感，在e=0～7 mm內(nèi)增大伸出量時(shí)，壁厚減薄及增厚率均顯著增大.這是因?yàn)?1)管材在彎曲過(guò)程中做圓弧形繞彎變形，芯棒超出切點(diǎn)位置距離越大，則對(duì)管材正常流動(dòng)的阻力越大，導(dǎo)致管材壁厚變形加劇，使得變形區(qū)域外側(cè)材料所受拉應(yīng)力與內(nèi)側(cè)材料所受壓應(yīng)力都增加，從而造成外側(cè)減薄與內(nèi)側(cè)增厚同時(shí)加重; 2)芯棒與管件內(nèi)壁存在摩擦阻力，增大芯棒伸出量，則增加了芯棒與變形區(qū)域管材的作用面積，進(jìn)一步增大其對(duì)變形區(qū)域管材的阻力，加劇壁厚變化.

由圖6可以看出，在e=0 mm時(shí)，由于芯棒對(duì)管材流動(dòng)的阻礙作用最小，故壁厚變化曲線最平緩，隨伸出量增大，壁厚變化曲線波動(dòng)增大.在伸出量從0 mm增大至5 mm時(shí)，壁厚減薄率最大增大3.71%，而從5 mm增至7 mm時(shí)，壁厚減薄率最大增大5.17%，且在e=7 mm時(shí)，外脊線最大壁厚減薄率已超出航空標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壁厚減薄要求的25%，同時(shí)，由圖7可以看出，在e=7 mm時(shí)，壁厚變化率差值η的波動(dòng)幅度最大，壁厚變化不均勻程度最顯著，不利于成形.

圖6 芯棒伸出量對(duì)壁厚變化的影響

圖7 芯棒伸出量對(duì)壁厚變化不均度的影響

由此可以看出，芯棒伸出量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致外側(cè)壁厚減薄嚴(yán)重直至破裂，同時(shí)內(nèi)側(cè)壁厚增厚明顯，加大失穩(wěn)起皺趨勢(shì)，壁厚變化不均勻程度顯著.故在數(shù)控彎曲加工過(guò)程中要兼顧壁厚變化和截面畸變要求，合理選取芯棒伸出量.

綜合考慮壁厚變化情況及壁厚變化不均勻度，可以看出，在e=5 mm時(shí)，外脊線壁厚減薄率在航空標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時(shí)，其壁厚變化不均勻度與e=0 mm時(shí)結(jié)果差異不大，但其為管材提供支撐能力較優(yōu)，故選取芯棒伸出量e=5 mm為該規(guī)格管材數(shù)控彎曲工藝中的最優(yōu)芯棒伸出量.

2.3 芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚變化的影響

圖8為不同芯球個(gè)數(shù)對(duì)6061-T4鋁合金管數(shù)控彎曲內(nèi)、外脊線壁厚變化的影響，由圖8(a)可以看出，針對(duì)該規(guī)格管材，芯球個(gè)數(shù)對(duì)外脊線壁厚減薄的影響不是很顯著，3種芯球個(gè)數(shù)條件下，壁厚減薄率分布范圍較一致.由圖8(b)可以看出，在芯球個(gè)數(shù)(n)由2增大至3時(shí)，內(nèi)脊線壁厚增厚率顯著增大，但芯球個(gè)數(shù)繼續(xù)增至4時(shí)，增厚率又大幅減小，但整體增厚率仍大于n=2時(shí)的水平.由此可以看出，對(duì)于6061-T4管材，芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚變化的影響不是很有規(guī)律性，表現(xiàn)為壁厚減薄率差異不大，壁厚增厚率隨芯球個(gè)數(shù)增多先增大后減小.

圖8 芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚變化的影響

圖9顯示了不同芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚變化不均勻度的影響，可以看出，在芯球個(gè)數(shù)為3的條件下，由于內(nèi)脊線增厚較明顯，其壁厚變化率差值均大于0，中性層整體向彎曲外側(cè)偏移，芯球個(gè)數(shù)為2和4的條件下，壁厚變化不均度差異不大.

綜合考慮圖8及圖9所得結(jié)果可以看出，在n=4時(shí)，內(nèi)外脊線壁厚變化率居中，且壁厚變化不均勻度相對(duì)較小，同時(shí)，由于其芯球個(gè)數(shù)較多，可為管材提供有效支撐，減輕截面畸變，故選取n =4為該規(guī)格管材數(shù)控彎曲工藝中的最優(yōu)芯球個(gè)數(shù)水平.

圖9 芯球個(gè)數(shù)對(duì)壁厚變化不均勻度的影響

2.4 彎曲速度對(duì)壁厚變化的影響

為了考察不同彎曲速度對(duì)數(shù)控彎管成形質(zhì)量的影響規(guī)律，對(duì)規(guī)格為Φ50.8 mm×0.889 mm(t)的6061-T4鋁合金管進(jìn)行了不同拉伸速率下的單拉實(shí)驗(yàn)，研究該管材性能對(duì)應(yīng)變速率的塑性響應(yīng)，所得真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線及材料性能參數(shù)分別如圖10、表4所示，可以看出:1)高拉伸速度下材料屈服強(qiáng)度及強(qiáng)度極限都有所增大，真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線比低速下的曲線略高，強(qiáng)度系數(shù)有所增大，硬化指數(shù)差異不大;2)高拉伸速度下管材延伸率降低，厚向異性指數(shù)減小.這是因?yàn)槔焖俾试龃?，則要在短時(shí)間內(nèi)完成變形過(guò)程，材料內(nèi)位錯(cuò)的產(chǎn)生、增殖和塞積更加劇烈，阻力必然增大(即抗拉強(qiáng)度增大)［9］;同時(shí)，塑性變形是以一定速度傳播的，當(dāng)拉伸速度增大時(shí)，協(xié)調(diào)變形來(lái)不及順序完成，塑性尚未充分展現(xiàn)出來(lái)便達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度，因而達(dá)不到應(yīng)有的變形程度，即降低材料的均勻塑性變形能力，表現(xiàn)為延伸率和厚向異性指數(shù)的減小.

圖10 不同拉伸速率下管材真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線

表4 不同拉伸速率下6061－T4鋁合金管材性能參數(shù)

針對(duì)該規(guī)格管材進(jìn)行了不同彎曲速度條件下的彎曲實(shí)驗(yàn).不同彎曲速度(ω)對(duì)管材壁厚變化的影響如圖11所示，由圖11(a)可以看出，隨彎曲速度增大，外脊線壁厚減薄率整體呈增大的趨勢(shì)，在ω=0.3°/s時(shí)，最大壁厚減薄率最小，ω= 10°/s時(shí)，壁厚減薄率增至最大.這是因?yàn)槿绫?所示，厚向異性指數(shù)隨彎曲速度增大而減小，故在大彎曲速度下壁厚減薄加重，同時(shí)，彎曲速度增大，潤(rùn)滑劑來(lái)不及充分流動(dòng)為管材內(nèi)壁與芯棒提供有效潤(rùn)滑，導(dǎo)致摩擦阻力增大，進(jìn)一步使得彎曲段變形程度加劇，壁厚減薄程度增大.由圖11(b)可以看出，在(ω)從0.3°/s增大至4°/s時(shí)，壁厚增厚率隨彎曲速度的增大逐漸減小，而后彎曲速度繼續(xù)增大，壁厚增厚率隨之增大，在ω=4°/s條件下，壁厚增厚率整體最小.

圖12顯示了不同彎曲速度對(duì)管材壁厚變化不均勻度的影響，可以看出，在ω=0.3°/s彎曲條件下，壁厚變化率差值整體最大，壁厚變化最不均勻，其次是在ω=10°/s條件下所得管件的壁厚變化不均勻度較大，在ω=4°/s條件下所得管件的不均勻度整體最小，成形質(zhì)量最佳.

圖13(a)為ω=20°/s時(shí)所得彎管件，可以看出彎管內(nèi)側(cè)發(fā)生明顯褶皺缺陷，這是因?yàn)?由圖10及圖12可以看出，在大彎曲速度條件下，材料強(qiáng)度增大，延伸率降低，厚向異性指數(shù)減小，彎曲時(shí)壁厚變化不均勻度增大，加大起皺風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)大彎曲速度下，機(jī)床震動(dòng)不穩(wěn)定性增加，對(duì)管材穩(wěn)定變形產(chǎn)生影響，也易導(dǎo)致彎曲段管材發(fā)生失穩(wěn)起皺缺陷.故彎曲速度＜2°/s或者＞10°/s對(duì)于彎管成形都是不利的，在生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)兼顧生產(chǎn)效率與彎管質(zhì)量選取合適彎曲速度.

圖11 彎曲速度對(duì)壁厚變化的影響

圖12 彎曲速度對(duì)壁厚變化不均勻度的影響

綜合考慮圖11及圖12所得結(jié)果，可以看出，在ω=4°/s時(shí)，壁厚減薄率相對(duì)較小，同時(shí)壁厚增厚率最小，彎管壁厚不均勻度整體也最小，故選取ω=4°/s為該規(guī)格管材數(shù)控彎曲工藝中的最優(yōu)彎曲速度水平.

圖13 試驗(yàn)彎管件

2.5 基于最優(yōu)工藝參數(shù)組合的彎曲實(shí)驗(yàn)

綜合上述工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究，基于最優(yōu)工藝參數(shù)組合:e=5 mm，n=4，ω=4°/s進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，成功獲得6061-T4規(guī)格為 Φ50.8 mm× 0.889 mm×101.6 mm鋁合金管多角度彎曲條件下的合格彎管件，如圖13(b)所示.其中90°彎曲件最大壁厚減薄率為18%，最大截面畸變率為0.8%;180°彎管件最大壁厚減薄率為22%，最大截面畸變率為1.2%，其壁厚減薄率均滿足航空標(biāo)準(zhǔn)＜25%的要求.

3 結(jié)論

本文針對(duì)6061-T4規(guī)格為 Φ50.8 mm× 0.889 mm(t)×101.6 mm(R)的薄壁鋁合金管數(shù)控彎曲過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)論如下.

1)彎曲過(guò)程中，中性層并不是均勻地發(fā)生等距離偏移;中性層偏移量E與壁厚變化率差值η存在線性關(guān)系，η為正，中性層向外偏移，η為負(fù)，中性層向內(nèi)偏移，中性層偏移量隨的增大而增大.

2)增大彎曲角度、芯棒伸出量，均會(huì)導(dǎo)致外脊線壁厚減薄率與內(nèi)脊線壁厚增厚率增大，加劇壁厚變化不均勻度;增加芯球個(gè)數(shù)，壁厚減薄率差異不大，壁厚增厚率先增大后減小;彎曲速度ω＜2°/s或ω＞10°/s時(shí)，壁厚變化不均勻度顯著，都不利于彎管成形.

3)基于最優(yōu)化工藝參數(shù)組合:e=5 mm，n=4，ω=4°/s，成功獲得最大壁厚減薄率為22%，最大截面畸變率為1.2%的180°大角度合格彎曲件.

［1］ 楊 合，孫志超，林 艷.面向21世紀(jì)的先進(jìn)塑性加工技術(shù)與管成形研究發(fā)展［C］//中國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)第二屆學(xué)術(shù)年會(huì)文集.北京:科學(xué)技術(shù)出版社，2000.745-746.

［2］ TANG N C.Plastic-deformation analysis in tube bending［J］.Int J Press Vessel Piping，2000，77:751～759.

［3］ 鄂大辛，寧汝新，李延民，等.彎管壁厚減薄與材料特性關(guān)系的試驗(yàn)研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2008，16(2):200-203.

［4］ 張靜靜，楊 合，詹 梅，等.助推作用對(duì)大口徑鋁合金薄壁管數(shù)控彎曲壁厚減薄和回彈的影響［J］.塑性工程學(xué)報(bào)，2008，15(1):60-65.

［5］ LI H，YANG H，ZHAN M，et al.Role of mandrel in NC precision bending process of thin-walled tube［J］.International Journal of Machine Tools＆Manufacturing，2007，471:1164-1175.

［6］ 李 恒.多模具約束下薄壁管數(shù)控彎曲成形過(guò)程失穩(wěn)起皺行為研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.

［7］ 岳永保，楊 合，詹 梅，等.薄壁管小彎曲半徑數(shù)控彎曲壁厚減薄實(shí)驗(yàn)研究［J］.鍛壓技術(shù)，2007，32 (5):58-62.

［8］ 岳永保.鈦合金管數(shù)控彎曲成形過(guò)程數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

［9］ 譚洪鋒，王 萍，楊 雷，等.應(yīng)變硬化指數(shù)n值與拉伸控制模式及拉伸速率關(guān)系的探討［J］.物理測(cè)試，2010，28(6):13-16.

Experimental study on wall thickness variation in NC bending of 6061－T4 large diameter thin-walled tubes

TIAN Yu-li，YANG He，LI Heng，LU Ruo-dong，WANG Ze-kang
(State Key Laboratory of Solidification Processing，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072，China)

To realize the precise NC bending and improve the bending quality of 6061-T4 large diameter thinwalled Al-alloy tube，physical experiments of the 6061-T4 Al-alloy tube of Φ50.8 mm×0.889 mm×101.6 mm(out diameter D×wall thickness t×bending radius R)are carried out to investigate the influence of some controllable parameters(including bending angle，mandrel extension，number of mandrel balls and bending rate)on the wall thickness variation.The results show that the strain neutral layer E moves unequally in the bending area，the amount of its movement has a linear relationship with the difference between the wall thickness change ratio of the intrados and extrados(η)，and E increases with the increasing of.The maximum wall thickness changing degrees at the extrados and intrados increase with the increasing of bending angle，mandrel extension and bending rate，while the influence of number of mandrel balls is nonlinear.Based on the optimized parameters，the 180°bent tube with maximum thinning ratio 22%is successfully obtained.

thin-walled Al-alloy tube;6061-T4;NC bending;wall thickness variation;experimental study

TG386.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-0299(2012)02-0023-07

2011-09-22.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50905144);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目;華中科大材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金資助項(xiàng)目(09-10);西北工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目(JC201028);高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目(B08040).

田玉麗(1986-)，女，碩士;

楊 合(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，教育部“長(zhǎng)江學(xué)者”特聘教授.

楊 合，E-mail:yanghe@nwpu.edu.cn.

(編輯 呂雪梅)