基于双点的异质金属叠层薄板连接与同步成形实验研究

发布时间：2020-04-17 06:49

【摘要】：基于现代工业中对板料密度、比强度等沿厚度方向的梯度要求,异质金属叠层板在航空航天、船舶等工业领域中有重要的应用。本文在国家自然科学基金项目(51675332)的支持下,将叠层板的连接和成形工艺在双点渐进成形设备上同步完成。针对异质金属叠层板的点连接、线连接策略和连接后的成形工艺,开展了系统的实验研究。对不同连接策略下得到的连接接头的断裂载荷、板料减薄量、表面氧化和磨损情况,以及微观组织和硬度进行了全面分析,并基于板料连接的结果,初步完成了叠层板的渐进成形实验研究。本文取得了如下研究成果:1.钢/铝异质金属电阻点焊连接的抗剪强度小于0.5kN。实验发现:电阻点焊的焊接强度与背压明显相关,当背压小于0.1MPa时,容易获得较强的连接(0.3kN),但此时工具磨损严重。2.设计了三种工具头旋转方案,研究了钢/铝的搅拌摩擦连接特性,比较了连接强度、厚度、显微组织、金属间化合物组成和显微硬度的分布规律。分析发现:无论采用何种旋转方式,双面搅拌摩擦连接的强度始终高于相同背压条件下单面搅拌摩擦连接接头的强度。三种方案中,接头连接强度都随着背压的增加而增加。但在方案A和方案B中,过大的背压会导致连接点的断裂方式变为拉脱断裂。3.双面搅拌摩擦连接的两种旋转方式中,在大背压的作用下(0.5MPa),方案A比方案B导致更大的连接面积、工具下压深度和金属间化合物层厚度,这些因素导致方案A具有更高的断裂载荷。在小背压作用下(0.5MPa),方案B导致更小的连接区域面积但更大的金属间化合物厚度,因此,方案B的接头断裂强度略高于方案A。双面搅拌摩擦连接中,主工具头的摩擦作用使钢板表面的显微硬度显著增加了35%。4.搅拌摩擦线连接的实验发现:在定位移下压量时,进给速率按2~10mm/s变化时,位移下压量对连接接头强度的影响不大。而进给速率对接头强度影响较大,当进给速率超过4mm/s时,连接强度趋于平稳。在定压力控制条件中,进给速率按5~10mm/s变化时,连接强度对进给速率不敏感。实验研究还发现:线连接时板料间的连接不完全,只有局部区域产生连接,影响了单位长度的连接强度。5.叠层板连接后的成形实验发现:连接后双层板成形时可以保证双层板变形的同步性;但由于双层板变形时在板料间产生剪切力,成形角度过大时,板料连接处容易分离。实验研究表明:合理的进给速率(8~10mm/s)可以保证稳定的叠层板渐进成形。
【图文】：

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图 1-1 板料渐进成形的基本原理Fig.1-1 Schematic diagram of incremental sheet forming) 单点渐进成形 b)双点渐进成形 incremental sheet forming b) Double sided incremental sh图 1-2 金属板料单点和双点渐进成形示意图ig.1-2 Single point and double sided incremental sheet forming步成形的重要价值金属板件的制备方法为先通过轧制、爆炸、热浸镀以

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2a) 单点渐进成形 b)双点渐进成形a) Single point incremental sheet forming b) Double sided incremental sheet forming图 1-2 金属板料单点和双点渐进成形示意图Fig.1-2 Single point and double sided incremental sheet forming.3 连接与同步成形的重要价值目前，叠层金属板件的制备方法为先通过轧制、爆炸、热浸镀以及粘接等方制成多层材料叠层的平板，再根据产品设计形状，通过冷/热冲压成形方法获得。然而，由于异质材料的屈服应力以及成形性有较大差异，冲压成形材料界面变形难以协调，且对厚向叠层顺序有严格要求，成形中也易产生拉裂、回弹等陷[11, 12]。此外，，由于金属连接过程易产生脆性的金属间化合物[12]，进一步影响续塑性变形中的成形性。因此，受成形方法的限制，目前叠层板件的形状较为限，其应用受到了较大限制。针对叠层复合板件的广阔应用前景以及较为繁琐
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【参考文献】