近年来随着我国航空工业的快速发展,复杂结构铝合金钣金零件的需求量不断增加,并且零件的结构复杂程度、表面质量、尺寸精度要求不断提高。传统的成形工艺主要有冲压、落锤、液压成形,成形道次多且容易发生起皱、开裂等缺陷。冲击液压成形作为典型的高应变速率成形技术,兼具液体柔性自适应和动态冲击波动加载的特点。课题组前期研究结果表明,冲击液压成形可以提高低塑性金属材料的成形能力。但是材料的高应变速率增塑机制和冲击液压成形特性有待进一步研究。本文的研究以在航空制造领域普遍应用的Al-Cu-Mg系铝合金2B06为例,分别进行2B06板材的高应变速率拉伸力学性能、微观组织和位错组态演化、冲击液压成形性能表征等相关研究。研究结果对低塑性材料复杂结构钣金零件冲击液压成形工艺的定量化设计提供理论依据。定义准静态和动态拉伸应变速率范围分别为10-3～1 s-1和1000 s-1～10000 s-1,对2B06铝合金准静态和动态单向拉伸力学行为进行研究并对断口进行扫描。结果表明,2B06铝合金在动态加载条件下呈现”S型”硬化的特征,也即应变硬化率呈先下降、后上升、再下降的变化趋势。应变速率超过3000 s-1时,材料的延伸率明显提高,并且由韧-脆复合断裂转变为韧性断裂。颈缩后的应变占总应变比重随应变速率不断增加,材料抵抗破坏的能力提高。采用TEM、HRTEM等检测方法对微观组织、位错组态进行研究,并对析出相进行剪切变形动力学计算。结果表明,应变速率在3000 s-1～5000 s-1范围时,2B06铝合金的增塑机制为高应变速率下大的位错塞积应力促使Al2CuMg相剪切变形及其诱导的动态回复提高了位错增殖空间。也即当应变速率超过3000 s-1,随着应变的迅速增加,造成位错塞积前端的局部应力瞬时升高,达到Al2CuMg相(S相)的临界剪切条件而发生变形,S相作为位错胞形核源,促进位错胞组织的形成。随着应变的继续增加,位错胞不断发生转动,取向差不断增加,形成动态回复组织,有助于协调变形,使得材料塑性提高。耦合位错胞动力学、流动应力叠加法则及微孔洞诱发软化行为,建立起反映材料”S型”硬化特征的材料本构模型。能够很好地预测应变速率3000 s-1～5000 s-1范围内2B06铝合金的动态拉伸力学行为。提出拉深深度比作为板材冲击液压成形性能的评价指标,以表征材料的可变形程度。开展板材不同拉深比和不同冲击能量下的冲击液压成形实验,绘制拉深深度比三维曲面。将成形性表征曲面向两个坐标平面投影,分别获得冲击能量随拉深比变化曲线和拉深深度比随拉深比变化曲线,统称为板材冲击液压成形性能评价曲线。该曲线将板材变形区分为不完全拉深、完全拉深和开裂三种不同状态,实现板材冲击液压成形性能的表征。对于某一材料,可以给出板材冲击液压成形下的极限拉深比;在某一钣金零件拉深比已知的前提下,可以提供拉深深度比以及相对应的冲击能量;超过材料极限拉深比下变形,给出拉深深度比和冲击能量随拉深比变化曲线,确定材料开裂的极限,实现钣金零件的冲击液压成形工艺定量化设计。建立固-液耦合有限元模型,并对筒形试样的普通液压和冲击液压成形过程进行分析。结果表明,冲击液压成形初期,液体压力峰值出现在靠近凹模圆角处的环形区域,板材呈现明显的“平底成形”特征,有利于法兰区材料快速进给补料,有效缓解零件中部区域的过度减薄。冲击成形后期,在液体的瞬时高压作用下,板材向模具局部小特征结构迅速填充,有效保证零件尺寸精度。采用2B06铝合金冲击液压成形性能曲线和有限元模拟相结合的方式,对航空用复杂结构盘形零件进行工艺设计和实验。模拟和实验结果表明,当冲击能量控制在309.5kJ·m-2～464.4kJ·m-2范围内,可以实现拉深比为2.46,拉深深度比为0.31的盘形零件的冲击液压和冲击冲孔的一体化成形。零件最大壁厚减薄量为17.2%,壁厚均匀性较好。冲击冲孔与普通刚性冲头冲孔相比,冲孔截面质量相对更高。