温度对7050时效成形应力松弛及回弹影响

　　引言

　　新型航空器的设计对飞机的安全性、寿命、效率等提出更高的要求，而高强铝合金整体壁板的大量采用，是满足上述要求的重要技术途径之一[1-10]。

　　整体壁板零件具有带筋条和型面折弯等特征，致使成形难度和成形质量问题日益突出。目前，时效成形工艺已成为解决复杂整体壁板成形质量和使用寿命的有效工艺途径[4-5]，时效成形的本质是实现零件外形和性能的协同控制，其利用金属的蠕变特性将成形与时效同步进行，在完成零件成形的同时改善零件的材料性能，有效的克服了传统成形工艺难于制造大型构件的困难，能够成形具有大曲率复杂外形和结构的整体壁板类零件，并且很好的契合了壁板类构件低应力、小变形、长寿命、高效率的设计要求，而且具有生产成本低、生产周期短、成形后零件抗疲劳性能好等优点，从而成为整体壁板类零件的首选成形工艺。

　　高回弹量是时效成形工艺一个典型特点，能否实现对回弹的准确预测关系到零件成形精度。针对回弹预测问题，相关学者已开展了大量的研究工作[11-13]，主要包含两个方面，即等效弹性模量和本构模型。等效弹性模量的方式能解决简单零件的时效成形回弹预测问题，但对于复杂曲率零件则预测能力有限。

　　通过建立本构模型借助有限元方法实现回弹预测，不但精度高，而且不受零件形面限制。关于时效成形本构模型，有关学者已开展了一系列的研究，文献[14]基于 “蠕变损伤统一理论”提出的本构模型最具代表性，对时效成形的回弹实现了高精度的预测，但该本构模型仅适用于温度为150℃的恒温条件。总之，现有模型均是针对某一种合金，不具有通用性。

　　本文通过ABAQUS有限元软件的二次开发，建立一套时效成形有限元分析模型，并分析温度对厚板应力松弛及回弹规律的影响。

　　1　本构模型

　　实验选用预时效态国产7050铝合金预拉伸厚板，其化学成分(wt%) 为，Zn6.06%、Mg2.20%、Cu2.12%、Zr0.11%、Fe0.08%、Si0.04%、余量为Al，状态为预时效态。材料的力学性能为σ0.2=475MPa，σb=605MPa，δ=14.4%。采用文献[15]的蠕变本构模型：

　　式中A*，α，δ0，m0，m1，n，Ω，H*———材料常数，数值如表1所示。

　　该模型具有较高的计算精度，计算结果和实验结果对比曲线如图1所示。

　　2　等厚板单曲度弯曲时效成形有限元仿真

　　2.1　有限元建模

　　建立板料的1/4模型进行有限元仿真。采用均布背压方式加载使板料完全贴合模具表面，模具形面曲率半径为3800mm，整个模型仅由板料及凹模两部分组成。等厚板采用八节点六面体减缩积分实体单元 (C3D8R单元)建模，为保证计算精度，板料厚度方向剖分成11层单元，即厚度方向具有11个积分如图2所示。