各向异性Lemaitre损伤准则在铸态高强铝合金筒形件强力热反旋中的应用

发布时间：2020-04-04 21:09

【摘要】：7075铝合金具有强度高、密度低、耐腐蚀等优点,其广泛应用在航空、航天和汽车等领域。强力热反旋工艺可以消除铸件缺陷、细化晶粒、改善组织性能,已成为制造脆性材料薄壁筒形件的主要方法之一。然而,由于铸态7075铝合金室温下难变形、材料流动性差,因此旋压过程中极易开裂,这严重影响着工件成形质量的提高。因此,本文建立了的各向异性Lemaitre损伤模型,基于ABAQUS有限元平台建立了筒形件强力热反旋破裂模型,系统地研究了筒形件旋压过程中的开裂行为。本文主要研究内容和结果如下:(1)对7075板材塑性变形的各向异性行为进行了实验研究,获得了7075-T6铝合金板料的初始屈服强度σ_0、σ_4 _5和σ_(90),各向异性指数_0r、r_4 _5和r_(90)以及Barlat91屈服准则的六个各向异性系数a、b、c、f、g、h。基于Barlat91各向异性屈服准则,对Lemaitre韧性损伤准则进行了改进,建立了考虑了材料各向异性的Lemaitre各向异性韧性损伤准则。(2)基于所建立的Lemaitre各向异性韧性损伤准则,通过Fortran语言开发出了适合ABAQUS应用平台的VUMAT各向异性损伤子程序。采用拉深实验的方法验证了所建立各向异性损伤准则和VUMAT子程序的可靠性。进而基于所开发损伤破裂子程序,建立了铸态7075铝合金多道次强力热反旋损伤开裂预测仿真模型,并试验验证了所建有限元仿真模型的可靠性。(3)基于所建立的该成形过程的损伤开裂预测模型,系统地分析了该成形过程中损伤的分布特征。即,轴向上,工件底部未旋区相对较其它两个区损伤值最小,中部稳旋区损伤值变化较大;周向上,工件内外侧损伤值呈波动变化,即损伤不均匀分布;径向上,第一道次径向(由内到外)损伤值呈递增变化;在三个方向上,随着旋压道次的增加,工件内外侧损伤程度趋于一致。(4)基于虚拟正交试验法,以损伤开裂为研究对象对该成形过程进行了优化设计,获得了较优的旋压工艺参数。获得了不同道次下旋轮进给速度、芯模转速、芯模与工件间摩擦、旋轮与工件间摩擦、芯模温度和减薄量的最优值。
【图文】：

普旋,普通旋压,旋压

旋压方式的分类，根据毛坯的形状和壁厚的变化特点，通常分为普通旋压和强力旋压两种。普通旋压的工艺特点是在成形过程中毛坯的形状发生改变但是壁厚基本上不变，普通旋压具有较大的限制，通常用于加工塑性较好和壁厚较薄的材料，并且尺寸精度不好把握，，因此要求工艺人员要有熟练的工艺技术；强力旋压的工艺特点是在成形过程中毛坯的形状和壁厚都发生较大变化，强力旋压相比较与普通旋压，机床功率大，因此对厚度大的材料也能加工，并且坯料的厚度沿着芯模母线有规律的变薄，尺寸精度好控制。普通旋压的基本方式又可分为三类：拉深旋压（拉旋）、缩径旋压（缩旋）以及扩径旋压（扩旋），成形过程如图 1-1 所示。拉伸旋压的成形方式和拉深成形很相似，其中芯模和旋轮分别代替冲头和冲模的作用，且是普旋中最常见的成形方法；缩径旋压是使筒形件毛坯发生径向压缩变形的成形方法，缩旋成形一般是将筒形件毛坯装夹在芯模中，然后将需要成形的部分露出装夹卡具外，毛坯随主轴转动，旋轮按预定轨迹做往复运动，使毛坯逐渐缩径，最终得到想要的形状；扩径旋压是使筒形件毛坯的中部或者端部直径变大的塑性成形方法，旋轮很明显的特征是旋轮在毛坯内部施加作用力。

示意图,正旋,反旋,示意图

南昌航空大学硕士学位论文第一章绪论强力旋压的基本方式通常分为两种：锥形件强力旋压（剪切旋压）和筒形件强力旋压（流动旋压）。剪切旋压通常适用于成形锥形、抛物线形和半球形类异形件；流动旋压通常适用于成形普通的筒形件和管形件。根据旋压时毛坯变形时材料流动的方向和旋轮的运动方向是否一致也可以分为正旋和反旋两种方式，成形过程如图 1-2 所示。当材料流动和旋轮运动同向时为正旋，正旋的优点有机床力能参数小、工件能很好贴合芯模且成形过程中工件不易出现扩径和金属堆积、正旋在同等条件下比反旋的最大减薄率较高；正旋的缺点是加工同等长度的工件，其芯模长度要比反旋时芯模要长且需要设计较复杂的装夹毛坯的夹具；反旋的优缺点则刚好和正旋相反。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG301

【参考文献】