铝合金型材柔性垫弯曲成形实验研究

2006年6月　　

航　空　材　料　学　报

JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALS

Vol.26,No.3June　2006

铝合金型材柔性垫弯曲成形实验研究

何祝斌,汤泽军,张　琦,王仲仁

(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)

摘要:进行两种典型铝合金型材的弯曲实验,研究主要工艺参数对弯曲过程的影响。结果表明,型材的截面形状、相对厚度及抗弯截面系数等是决定弯曲性能的主要因素。压辊的压入深度、柔性垫的性能以及型材的约束方式等是影响弯曲半径、截面变化的关键。对实验中主要缺陷和质量问题的产生及其控制进行分析和讨论。关键词:铝合金型材;柔性垫;柔性弯曲;半径

中图分类号:TG394　　　　　　　　文献标识码:A　　　　　　　　文章编号:100525053(2006)0320299202

　　型材柔性垫弯曲是一种先进的高度柔性的弯曲方法。与传统的弯曲方法相比,生产的弯曲件具有强度高、重量轻、表面质量好、成本低等优点。型材

柔性垫弯曲时,利用压辊将坯料压入到超弹性的柔性垫中,利用柔性垫对坯料产生的包容、分布的弯矩实现型材的弯曲。通过调节压辊的压入深度和坯料的水平位移,可以得到具有不同曲率半径的型材弯曲件,特别适用于航空航天及汽车工业中小批量甚至单件零件的生产[1～4]。本实验研究了如图1所示两种典型截面铝合金型材的弯曲。

型材的厚度分别为2和1.5mm,材料为6061铝合金。所用柔性垫为厚度40mm,宽度150mm的聚

氨酯和黑色橡胶,邵氏硬度分别为93A和75A。对于槽形截面型材,采用图2所示的摆放方式进行弯曲。

　　　　图1　型材的截面形状和尺寸

(a)槽形截面;(b)工字形截面

　Fig.1　Shapeanddimensionsoftwoprofiles

(a)trough2shapedprofile;(b)H2shapedprofile

图2　槽形截面型材弯曲方式及典型零件

(a)正弯;(b)反弯;(c)侧弯;(d)弯曲零件

Fig.2　Bendingoftrough2shapedprofile

(a)normalbending;(b)reversebending;(c)sidebending;(d)bentprofiles

　　对于工字形截面型材,采用图3所示的约束变形方式。通过试验研究了压入深度、滚轮材料、柔性

收稿日期:2006201230;修订日期:2006203222

作者简介:何祝斌(1977-),男,博士,主要从事管材液力成形研究。

垫材料、截面形状等对型材弯曲变形的影响,以及防止出现起皱、破裂及扭曲等缺陷的措施。图2和3

分别给出了典型的弯曲零件。

通过研究各种参数对型材弯曲变形的影响,以及成形过程中典型缺陷的产生及其控制,得出如下结论:

300航　空　材　料　学　报第26卷

图3　工字形截面型材弯曲方式及典型零件

(a)弯曲装置;(b)弯曲零件;(c)典型缺陷

Fig.3　BendingofH2shapedprofile

(a)bendingtool;(b)bentprofiles;(c)typicalfailures

　　(1)压入深度、滚轮材料、柔性垫材料及截面形

状等是影响型材弯曲的主要因素。通过改变压入深度可得到具有不同曲率的零件。柔性垫硬度越大、型材的抗弯截面系数越小,弯曲越容易。

(2)截面形状不对称的型材弯曲时容易产生扭曲而使弯曲无法进行。对于截面形状对称的型材,如果型材的中心线与压辊的轴线不垂直或型材截面受力不均,也会产生扭曲。

(3)对于相对厚度较小的型材,其局部承载能力差,在压入深度较大时易出现起皱、破裂等缺陷。通过增加约束来提高承载部位的刚度,避免型材局部受力,可有效避免上述缺陷的发生。

参考文献:

[1]GEIGERM,ARNETH,ENGELU,etal.Flexiblesbiegen

stranggepressteraluminiumprofile[J].BlechRohrePro2file,1995,42(1):31-34.

[2]VOLLERTSENF,AXELSPRENGER,JURGENKRAUS,etal.

Extrusion,channel,andprofilebendingareview[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,1999,87:1-27.

[3]ARNETH.Sectionbendingwithkinematicshaping[A].

Proceedingsofthe7thICTP[C].Yokohama,Japan,2002,

Ⅲ:2349-23.

[4]LEEJW,KWONHC,RHEEMH,etal.Determinationofforming

limitofastructuralaluminumtubeinrubberpadbending[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2003,140:487-493.

ExperimentalStudyonFlexibleBendingofAluminumProfiles

withHyper2ElasticPad

HEZhu2bin,　TANGZe2jun,　ZHANGQi,　WANGZhong2ren

(SchoolofMaterialsScience&Engineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Abstract:Experimentalworkusingtwotypicalaluminumprofileswithdifferentsectionswascarriedouttoinvestigatetheinfluenceofmainprocessparametersonthebendingprocess.Resultsshowthattheshapeandrelativethicknessofsection,sectionmodulusinben2dingarethemainfactorsthatdeterminethebendingpropertiesoftheprofiles.Rollerstroke,propertiesofhyper2elasticpadandcon2straintsonprofilesarekeyfactorsthatdeterminethebendingradiusandcross2sectiondeformationofbentprofiles.Typicalfailuresorqualityproblemsmetinexperimentswereanalyzedmeanwhile.

Keywords:aluminumprofile;hyper2elasticpad;flexiblebending;curvatureradius