1.1 研究背景

铝合金材料密度低，强度高，在航空航天领域应用十分广泛，而铝合金环件便是其中重要的零部件之一。随着航空工业的发展，对于传统的矩形截面环件需求越来越少，而异形截面环件的需求越来越大，因为在满足强度要求的情况下，异形截面环件比矩形截面环件质量更轻，更能满足航空航天轻量化的要求。

铝合金“[”型结构环件是一种突变截面轻合金环件，在航空航天领域有着重要用途。其几何特点为壁厚薄，高度大，上下端带有非对称内台阶，属于结构难成形环件。此外，铝合金热变形温度范围窄、易粘辊，成形工艺条件苛刻。目前主要采用环件轧制技术先成形出矩形截面锻件，然后进行大量机加工获得所需截面形状。该方法不仅材料利用率低，加工周期长，而且削弱了产品力学性能。而在“[”型结构环件轧制过程中，金属流动以及环件与轧制孔型之间的作用界面情况难以确定，因此在轧制过程中常常会产生各种缺陷，其中较为常见的有：环件成品形状不规则、变形过大引起折叠、轧制过程失稳、环件边缘出现毛刺等等。

因此，对铝合金“[”型结构环件的轧制过程进行系统化、科学化的分析，并通过计算机软件的对异形截面环件的进行有限元建模与分析，通过对模拟结果的分析，寻找异形截面环件轧制成形规律，从而优化工艺参数，对于异形截面环件的实际生产具有重要的指导作用。

1.2 研究现状

早在上世纪80年代中期，异形截面环件轧制成形工艺分析研究工作就在国外率先展开了。但其理论分析和试验研究都十分困难，因为异性截面环件形状复杂，工艺难以确定，大多数学者都通过简化轧制模型以及一定的假设，来建立其有限元模型。这样可以在短时间内，通过有限元分析软件的仿真模拟，得出各项工艺参数，比如轧制力/力矩、应力分布以及环件轧制过程中的金属流动规律。

在国内，许思广等人利用刚塑性有限元法对于简单截面环件的轧制过程进行了分析，其所得的结果很好地启示了后人对于异形截面环件的成形机理研究。华林等人将L形截面环件的轧制成形看做两个矩形截面环件的组合成形，根据金属塑性成形体积保持不变的原理，对L形环件轧制进行了几何关系和运动学关系分析，为后来异形截面环件轧制提供了理论依据和经验公式。袁海伦、王泽武等利用Ansys/LS-dyna软件建立了大型轧环机的有限元模型，并开发了环轧过程的控制模块，对某些异形截而环件的轧制成形进行了模拟分析。武汉理工大学的彭巍利用显示分析软件ABAQUS/Explicit,建立了外梯形截而环件的有限元模型，通过对模拟结果的分析，得到了外梯形环件轧制过程中各项力学性能的变化规律，并对模拟过程中所出现的缺陷进行了分析。曾旭东则基于ABAQUS/Explicit软件，对大型内台阶环件的径轴向轧制过程进行了数值模拟分析，对比分析了三种轧制方案的成型特点，并针对不同成形方案分别进行了工艺优化与设计。

哈尔滨工业大学王恒强对于铝合金径轴向轧制成形控制技术进行了较为系统的研究;武汉理工大学的韩双、钱东升进行了铝合金锥面筒形环件轧制成形数值模拟与实验研究 ，深入的分析了锥面筒形铝合金环件轧制成形的运动学与几何学关系以及变形状况。

综合来看，目前国内外对于铝合金异形截面环件轧制成形的研究还处于初步探索阶段。同时，在对异形截面环件径轴向轧制的理论研究与有限元建模过程中，大都对其轧制过程进行了相关假设与简化。但是，铝合金异形截面环件径轴向轧制过程是一个非常复杂的塑性成形过程，它是多个非线性问题的耦合问题，若对其进行大幅简化，就会使最终结果与实际偏差很大，失去研究的意义。因此，通过对铝合金“[”型结构环件轧制过程的工艺分析，得出其轧制条件和成形规律，通过计算机模拟的方法对其成形过程进行数值模拟，优化轧制工艺参数，提高实际生产效率，是十分必要的。

本课题针对铝合金“[”型结构环件制造问题，开展异形环锻件轧制成形工艺分析。主要将理论计算与模拟实验相结合，通过建立铝合金“[”型结构环件轧制成形有限元模型，分析成形过程的变形规律和几何缺陷形成原因。对锻件、环坯以及工艺参数进行优化，为铝合金“[”型结构环件近净轧制成形工艺开发和应用提供科学指导，从而提高“[”型结构环件的生产质量，进一步提高我国航空航天领域装备制造水平。

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：建立铝合金“[”型结构环件轧制成形有限元模型，分析成形过程的变形规律和几何缺陷形成原因。

第7－9周：研究不同锻件、环坯以及工艺参数对轧制成形的影响规律，建立铝合金“[”型结构环件轧制工艺优化设计方法。

第10－14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

第15周：论文答辩。