在航空航天、国防军工等领域,轻量化已经成为进一步提高性能,减少能耗最迫切的需求。铝合金具有耐腐蚀性好、密度低、机械性能优良等优点,已经成为航空航天和军工等领域轻量化的首选材料。目前,采用2XXX铝合金及传统反挤压成形工艺制备尾翼架,构件力学性能低,无法满足新一代装备服役要求。材料成分优化和大塑性变形是提高铝合金力学性能的有效途径。本文以中南大学所开发的新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金为原材料,针对材料与工艺耦合的难点问题,在传统镦粗-反挤压成形工艺的基础上提出累积剧塑性变形制备大口径带外纵筋筒形件的方法。首先为保证飞行稳定装置的高性能需求,设计变形量,采用往复镦挤工艺完成材料开坯,其次在Deform-3D有限元软件模拟精确挤压过程基础上,掌握带外纵筋筒形件挤压成形过程中金属流动特性,并以高精度成形为目标,优化成形工艺及模具结构参数,以期实现新型高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形。主要研究结论如下:1、分析带外纵筋筒形件零件图及挤压工艺特点,制定带外纵筋筒形件挤压件图。基于铝合金强化机制,设计变形量,确定铝合金棒料尺寸。根据镦粗成形工艺特点,提出两镦一挤往复镦挤工艺方案。在此基础上设计一火次往复镦挤开坯模具,开展往复镦挤开坯实验。2、通过Deform-3D模拟带外纵筋筒形件精确挤压成形过程,掌握金属流动特征,以变形均匀性、筋部填充饱满度为目标函数,以直线度、应变累积分布概率等评判方法,优化成形工艺及模具结构参数,得出最佳参数为:挤压速度为1mm/s,变形温度为440°C,凸模促流角为10°,摩擦因子为0.3。以筋部中心点为研究对象,分析不同凸模促流角、摩擦因子下中心点的三向应变变化,结果表明:较大的周向压应变和较小的轴向拉应变能够促进金属径向流动,提高外纵筋填充饱满程度。采用上限法对带外纵筋筒形件精确挤压成形过程中不同变形段或区变形部分进行理论计算,推导出速度场及应变速率场的理论计算公式。3、根据带外纵筋筒形件挤压成形工艺方案,以高精度成形为目标,设计精确挤压成形模具,开展带外纵筋筒形件成形实验。成形件表面无裂纹、折叠等缺陷,筋部填充饱满,成形质量良好。对成形件进行尺寸精度检测,测量结果表明:壁厚差为0.96mm,筋部直线度为1.65mm,筒形件壁厚差小,筋部填充饱满,成形精度高,验证了挤压成形模具结构的合理性。4、均匀化坯料经过往复镦挤及精确挤压工艺后,初始晶粒沿挤压方向被拉长,粗晶被大量细小晶粒围绕,呈“项链状”分布,平均晶粒尺寸显著细化,约为23μm。成形件试样经475°C/3h+120°C/24h热处理后,晶粒发生粗化,平均晶粒尺寸提升至25μm。5、初始态坯料抗拉强度为289MPa,延伸率为4%;精确挤压后成形件抗拉强度为383MPa,延伸率为10.6%。与初始态相比,成形件态力学性能有所提升,其主要原因在于坯料内部粗大第二相的破碎及晶粒显著细化。经过475°C/3h+120°C/24h热处理后,坯料抗拉强度大幅提升为725MPa,屈服强度为344MPa,延伸率为15.3%,与成形件态相比,热处理态抗拉强度与屈服强度大幅提升,主要归因于基体内部第二相的显著细化及析出数量的增多。