5052铝合金强力旋压成形微观组织与力学性能研究

发布时间：2020-04-25 13:38

【摘要】：强力旋压技术是制造空心回转体最有效的工艺方法之一,具有材料利用率高、加工精度高、表面光洁度好等优点,在航空航天、船舶、军工及汽车制造等领域已得到广泛应用。本文以5052铝合金为研究对象,分别研究了筒形件减薄旋压以及板材剪切旋压过程中的微观组织和力学性能变化规律;并利用ABAQUS分别建立了筒形件减薄旋压和板材剪切旋压过程的有限元模型,分析了变形过程中的材料流动和应力应变分布规律,为更大尺寸的5052铝合金旋压件加工提供参考。5052铝合金筒形件减薄旋压研究结果表明:直径186mm、壁厚6mm的筒形件,其单道次减薄极限为60%,多道次为90%。小减薄率下筒形件壁厚方向上的外层组织变形程度大于内层组织,减薄率增大到50%时达到均匀。随着减薄率增大,晶粒内部小角度取向差逐渐向大角度取向差转变,最终形成大角度界面分割初始晶粒,使组织细化;织构由Cube和Goss织构逐渐转变为稳定的Copper织构,发生取向硬化。筒形旋压件的力学性能在晶粒细化和织构共同作用下显著提高,屈服强度和抗拉强度分别从103MPa和225MPa上升至300MPa和328MPa,延伸率由21%降低至5.1%。有限元模拟结果表明,随着减薄率增大,筒形件壁厚方向的等效应力、等效应变以及材料流动速率的分布梯度逐渐减小,并在减薄率为50%时基本达到均匀,由此说明筒形旋压件壁厚方向的组织均匀性是由等效应力、等效应变以及材料流动决定的。5052铝合金板材剪切旋压研究结果表明:经过剪切旋压后,5052铝合金锥形旋压件的微观组织由初始的近等轴晶变为沿锥形件母线方向伸长的均匀纤维状组织,原始晶粒内部小角度晶界比例增大。剪切旋压后的屈服强度和抗拉强度分别从90MPa和210MPa上升至276MPa和295MPa,延伸率从24.0%降低至4.8%。有限元模拟结果表明,在壁厚方向上,剪切旋压的等效应力、等效应变和材料流动速率分布基本均匀,这有利于形成均匀的剪切旋压组织。
【图文】：

旋压,普通旋压,扩径,拉深

上海交通大学硕士学位论文2.1 普通旋压普通旋压加工主要在整个轴向范围或指定区域内改变毛坯半径而不改变，最终得到预设形状的空心回转体产品[9]。普通旋压主要分为拉深旋压、缩压和扩径旋压三种成形方式，如图 1-1。拉深旋压与冲压加工中的拉深冲压相轮通过沿给定路径多道次进给，使板状金属毛坯逐步贴膜，最终形成空心回旋压件，拉深旋压过程中弯曲变形是其主要的变形方式。缩颈旋压加工过程轮将随主轴旋转的管状金属毛坯进行径向局部压缩，使毛坯局部减小直径，，得到想要的形状。扩径旋压与缩颈旋压的加工目的相反，旋轮在加工过程中属管材毛坯内部向内侧管壁施加压力并沿给定路径进给，最终达到扩径目的通旋压工艺因机器成本小、材料利用率高以及复杂成形能力强等优点，使其小批量生产和复杂回转体零件成形方面优于冲压加工。

毛坯,进给,普通旋压,旋轮

旋压旋轮与毛坯接触区域的应力状态：（a）向毛坯边缘进给，（b）ss state in deformation zone of conventional spinning: (a) feed to edgcenter压过程中常见的缺陷有起皱和破裂，如图 1-3 所示。起皱最常见的一种失稳形式之一，失稳起皱的原因是在旋压成向压应力过大，当旋轮作用力引起的材料变形区内的切向方向上的失稳极限应力时，材料就会产生起皱缺陷[12]。而发生失稳起皱的原因有很多，如坯料尺寸、变形速率等。向上应力过大都是不希望的，径向拉应力过大会导致周向裂过大会导致径向裂纹。当在已有褶皱上继续旋压时会产生向压应力共同作用会导致径向破裂[13]。
【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】