冷塑性变形过程中的表面粗糙度演变及控制研究

发布时间：2021-05-14 16:42

　　由于塑性变形过程中制件的表面形貌变化很大,表面质量难以控制,通常认为塑性加工不适合于零件的精加工。然而对于某些特殊工程应用而言,由于零件外形和使用条件的特殊性导致其必须采用塑性加工的方式来获得超高精度的表面,比如用于微波传输的波导管就必须通过塑性加工的方式来获得相当于磨削精度等级的内表面。为了解决特殊工程应用对表面的超高质量要求,论文对冷塑性变形过程中的表面粗糙度演变规律进行了深入分析,并在此基础上建立了自由表面与受限表面的粗糙度控制图。本文的主要研究内容如下:（1）基于晶体塑性理论建立三维多晶体有限元模型,并得到了在周期性网格和非周期性网格上施加周期性边界条件的方法。针对复杂变形条件和简单变形条件分别提出了“宏-细观耦合”与“对称边界条件+周期性边界条件”的粗糙度分析方法,为塑性变形过程中表面粗糙度演变的数值模拟仿真提供了一种新的思路。（2）借助三维周期性多晶体有限元模型,分析了应变路径、初始表面粗糙度、晶粒尺寸以及取向织构对自由表面粗糙度演变的影响。结果表明,当初始表面粗糙度为零时,五种典型应变路径下的表面粗糙度与变形量都呈近似的线性关系,其中平面纯剪条件下的表面粗糙度相对最低。对... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 冷塑性变形过程中自由表面的粗糙度演变研究现状
        1.2.1 自由表面的粗糙度演变分析
        1.2.2 材料微观组织和取向织构的控制研究
    1.3 冷塑性变形过程中受限表面的粗糙度演变研究现状
        1.3.1 受限表面的粗糙度演变分析
        1.3.2 纳米润滑液的研究
    1.4 研究目的、内容和技术路线
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 技术路线
2 三维多晶体有限元分析模型的建立及应用
    2.1 晶体塑性理论基础
        2.1.1 单晶体本构模型
        2.1.2 多晶体塑性变形模型
    2.2 三维多晶体有限元模型的建立
        2.2.1 几何模型的建立
        2.2.2 表面粗糙度模型的建立
    2.3 周期性几何模型的建立和边界条件的施加
        2.3.1 周期性几何模型的建立
        2.3.2 周期性边界条件的建立
        2.3.3 三维多晶体有限元模型尺寸的确定
    2.4 三维多晶体有限元模型的应用
    2.5 本章小结
3 自由表面的粗糙度演变规律分析
    3.1 变形方式对粗糙度演变的影响
    3.2 单向拉伸条件下材料参数对粗糙度演变的影响
        3.2.1 初始表面粗糙度的影响
        3.2.2 晶粒尺寸的影响
        3.2.3 材料取向织构的影响
        3.2.4 表面粗糙度演变规律的定量化描述
    3.3 单向拉伸实验
    3.4 本章小结
4 自由表面的粗糙度控制研究
    4.1 实验方案及表征
        4.1.1 实验方案
        4.1.2 组织及性能表征
    4.2 材料预处理实验结果及分析
    4.3 形变及热处理实验结果
    4.4 形变及热处理实验结果分析
        4.4.0 人工神经网络
        4.4.1 形变及热处理方案对材料微观组织的影响
        4.4.2 形变及热处理方案对组织织构的影响
    4.5 自由表面的粗糙度控制分析
    4.6 本章小结
5 纳米TiO_2润滑液的摩擦特性及对磨试样的磨损形貌分析
    5.1 纳米TiO_2润滑液的制备
        5.1.1 纳米TiO_2的分散性研究
        5.1.2 纳米TiO_2润滑液的调配工艺
    5.2 纳米TiO_2润滑液的摩擦特性及试样的磨损形貌分析
        5.2.1 纳米TiO_2含量的影响
        5.2.2 工况条件的影响
    5.3 本章小结
6 受限表面的粗糙度演变规律分析及控制研究
    6.1 实验条件
    6.2 无润滑条件下的表面形貌演变
    6.3 有润滑条件下的表面形貌演变
    6.4 受限表面的粗糙度控制分析
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者攻读博士学位期间发表的论文目录
    B.作者攻读博士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]水溶性高分子化合物在金属加工润滑剂中的应用[J]. 马国梁,荣捷,陈鲜伟.  润滑油. 2017(01)
[2]金属力学行为中应变路径效应的研究进展[J]. 赵天章,张士宏,程明,张凌云.  锻压技术. 2016(10)
[3]Al6061板在不同应变路径下粗糙度演变的有限元模拟及实验[J]. 徐戊矫,龙江,章磊,陈晨.  中国有色金属学报. 2015(10)
[4]板带钢热轧纳米润滑实验研究[J]. 朱作鑫,孙建林,徐鹏飞,苏小坡.  润滑与密封. 2014(09)
[5]热轧板带钢新型水基纳米轧制液实验研究[J]. 朱作鑫,孙建林,牛泰龙,朱祎淳.  矿冶. 2013(S1)
[6]铝合金的织构及测试分析研究进展[J]. 杨中玉,张津,郭学博,计鹏飞.  精密成形工程. 2013(06)
[7]含纳米ZnO水基轧制液的摩擦学性能研究[J]. 王冰,孙建林.  石油炼制与化工. 2013(05)
[8]塑性成形表面微凸体平坦化行为研究[J]. 胡兆稳,刘焜,王伟,刘小君.  润滑与密封. 2013(02)
[9]纺织复合材料细观力学分析的一般性周期性边界条件及其有限元实现[J]. 张超,许希武,严雪.  航空学报. 2013(07)
[10]铜箔轧制润滑状态与表面质量的研究[J]. 刘娜娜,孙建林,武迪.  功能材料. 2012(09)

博士论文
[1]水基纳米轧制液制备及润滑模型研究[D]. 朱作鑫.北京科技大学 2015
[2]混合润滑状态下塑性变形界面微凸体平坦化行为研究[D]. 胡兆稳.合肥工业大学 2013

硕士论文
[1]纳米TiN和WS2作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究[D]. 周俊龙.西南交通大学 2017
[2]面接触条件下聚乙二醇的水基润滑特性研究[D]. 陈晓欢.大连海事大学 2016



本文编号：3185983