1. 研究目的与意义（文献综述）

近年以来，由于各大国家航空航天技术的迅速发展，以及相互之间的激烈的军事竞争，汽车建材等工业的迅速发展，铸造锻压技术的不断进步，加上铝合金所具有的独特优势，使得铝合金成为了20世纪以后发展速度最快，使用量最大的非铁金属材料。

首先与其他金属元素相比较，铝占地壳总重量的8.03%，是一种蕴藏量极为丰富的金属，分布广发便于人们的开发与利用相比于其他金属材料，铝合金具有密度小，相比钢结构以铝合金材料为结构重量只有50%左右，同时比强度高的特点，其机械强度经过不断改进合金成分，目前铜铝合金已经达到500MPa以上，通过一系列复杂完善的工艺流程，所得到的铝合金制件机械性能可靠，有效的减轻了零件重量，提高了零件的质量，这一点对于航天，汽车等行业具有重要意义。

伴随着科学技术的不断发展，当今中国在铝合金工业发展飞速，从铝矾土的开采，铝冶炼，到合金铸造零件加工行业已经形成了一套完整的体系，本文所研究的为

该种型号的铝合金属于航空系列铝材产品，目前我国的常规工业中很少有使用,同时由于我国相关生产技术通国际有一定差距，所以我国相关材料主要依靠进口，主要用于汽车的悬架结构，以及航空产品，飞机的框架结构上。目前该种型号的铝合金制品在飞机结构上所占的重量约为35%—50%，发动机结构上30%-50%，因此该种铝合金对汽车，航空工业的发展具有重大的意义。航空零件的制造朝着高安全、高可靠、低成本的方向发展，与之相对应，航空锻造业也正在朝着高质量、高效率、低成本的方向发展。

2A14号铝合金材料，其合金成分构成及相关工业标准如下表。

2A14牌号和化学成分（质量分数）（%）对照

从其成分来看，2A14铝合金即属于硬铝合金有属于锻铝合金。由于其含铜量较高，因此其最大的特点是有着较高的强度和热强性，但相对其塑性较低。同时该种材料有着良好的可切削性，以及电阻率，益于进行点焊并且焊缝性能良好。具有挤压效应，但其耐腐蚀性能不高。

铝合金的铸锭开坯工艺过程主要包括墩粗，拔长，冲孔，扩孔等工艺过程，改善金属内部组织，提高其综合性能，同时锻制成一定形状的坯料为挤压，轧制过程提供原材料，该过程不仅可以为进一步生产过程提供形状，规格相符的原材料，同时可以通过在锻造过程中将坯料中塑形较差的金属组织，转化为细小的组织，提高其塑形，降低变形抗力。因此合理的开坯锻造过程直接决定了坯料的加工性能，直至影响到最终的产品质量，所以掌握良好的开坯的过程对于为加工生产提供良好的坯料生产过程具有极大的意义。世界的先进水品相比，仍然具有较大的

差距，存在废品率高，生产率低，经济效益相对较差等缺点，除少数国内先进的军工产业外，大多数生产都存在问题，处于相对落后的状态。

铝合金铸锭在锻造过程中主要存在的问题有，变形量不均匀，限制了产品质量和产品精度，同时不能达到最大的变形量。

其中的主要原因是1合金中含有一定的杂质成分，影响了合金的性能，2锻造技术不够标准，相关技术过程存在一定缺陷，不够完善。

金属变形量受到限制的原因，一方面由于金属内部晶粒细化程度不够，另一方面铸锭在加工受机械的影响最终导致变型量与理论最大变形量存在一定差距即摩擦系数对变形不均匀性的影响。

而产生变形不均匀性的原因有以下几个方面1在锻造开坯的过程中，铸锭与加工仪器必须存在接触，即该过程中存在着铸锭表面与加工仪器的摩擦，这就会导致 铸锭内部变形的不均匀性，也导致应力的分布不均匀性。2温度对变形的影响由于合金内部的化学成分对温度的敏感程度不同，其中一些元素受到高温的影响会发生化学性质的改变,这也会导致变形的不均匀性。3铸锭本身的形状特征以及锻造过程中所改变的变形形状，各个断面的面积不同就会导致各个界面流线不同也导致了变形的不均匀性。

该种变形的不均匀性所带来的问题就是铸锭会产生附加应力与附加应变，而附加应力会导致其内部变形抗力的增加，所需的变形能量的大幅提高，而附加应变的存在则会导致金属尽早的达到变形的极限强度，一旦达到了变形的极限强度在对金属进行力的作用就会产生破会，因此变形的不均匀性也在一方面减少变形量，降低了塑性。

当今各国科研人员已经注意到不均匀变形对产品成型质量等方面所带来的影响，有关锻造工艺方法的研究也得到了迅速发展，相关锻造技术也得到了较快的发展，通过一些复杂的工艺过程得到的合金锻件其品质得到了很大幅度的提高，如在我国一些企业生产所采用的等温模锻技术 ，由于排除了温度的影响，相比常规锻造，其显微组织均匀，致密，晶粒更加细小 。

我国已在铝件锻造时取得了较大的进展与发挥例如：张廷杰等人通过对7075铝合金热挤压棒进行多向反复热锻，获得了平均晶粒尺寸小于2pm的等轴再结

晶晶粒，大大提高了材料的综合性能；张辉等人采用多向锻造技术对高强铝合金厚板轧制前预变性，轧制后获得了性能优良的板材产品；白林振等人研究Al．Zn．Mg．Cu合金在镦拔变形过程中的组织演变。

相对冷／温锻，热锻的研究要少很多。英国的T．A．Dean[在热锻成形方面做了很多工作，成形了一些航空用精密锻件。研究了摩擦润滑对锻件精度的影响，指出良好的润滑或降低锻造过程中坯料与模具的接触面积，可大大降低摩擦力和锻造力，零件的精度会有很大提高。

目前国外很多研究人员都致力于尝试通过三维有限元分析的方法，同时将开坯过程中的金相组织结构变过耦合到有限元计算中对开坯过程进行数值模拟分析，已经可以较为完整而准确的计算出多步开坯锻造过程中的组织变化准确的寻找出铸锭内部合金结构存在的缺陷，并提供进一步的工艺过程，改善内部组织，提高其变形均匀性，进而降低废品率提高产品质量。而我国相对很少有研究关于开坯锻造等多道次工艺过程的数值模拟分析的报告，处于较为落后的状态，同时也存在着较大的研究空间。

本文通过对现有开坯墩拔过程的数值模拟，分析统计多步墩拔工艺过程中铸锭的塑形变形量，统计变形量及不均匀程度，找出限制铝合金铸锭最大变形量的因素及影响条件，得出开坯过程铝合金塑形变形量的相关规律，进而得出合理可靠能够得到最大变形量的墩拔工艺过程，为科学合理的制定开坯过程提供理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论及技术。

第3周：模拟现有墩拔过程， 确定现有工艺过程，以及采用的技术法案。

第4周：完成开题报告，完成英文文献翻译

4. 参考文献（12篇以上）

[1]罗启全.铝合金熔炼与铸造[m]广东：广东科技出版社，2002：3-5

[2][德]reiner kopp herbert wiegels.金属塑性成形导论[m]北京.高等教育出版社，2009：235-239

[3]李岩，赵业清,铝合金锻造生产技术的发展[j]轻合金加工技术，2015:1007-7235,20-27