AZ31B镁合金板材热剪切旋压成形组织与性能研究
发布时间：2021-04-13 23:45
剪切旋压是生产锥形、半球形等回转体零件的精密成形工艺,其模具工装简单、成形精度高、成形工件性能优异,因此被广泛应用于航空航天、电气装备等领域。本文以AZ31B镁合金轧板为研究对象,利用ABAQUS软件构建了剪切旋压模型,分析了工艺参数对镁合金旋压可成形性的影响规律,并获得了旋压变形区应力应变分布规律。开展等温和差温剪切旋压实验,研究了温度、主轴转速等旋压参数对旋压镁合金微观组织、织构与力学性能的影响规律,并获得了镁合金剪切旋压织构形成机理。有限元模拟表明:在主轴转速为300600rev/min,进给率为0.10.5mm/rev的工艺条件下,AZ31B镁合金具备良好的旋压可成形性;旋压变形区主应力均为压应力,其中最大压应力垂直于工件表面,使材料沿壁厚方向流动而减薄;剪切旋压时材料沿工件母线方向产生拉伸应变,沿壁厚方向产生压缩应变,周向应变几乎为零。等温旋压实验表明:在200400℃旋压成形时材料发生了动态再结晶,随着温度和进给率增加,再结晶晶粒尺寸增加,但随着主轴转速增加,晶粒尺寸减小;与初始轧板相比,变形区最大压应力导致...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋压工艺[5]：（a）普通旋压（b）剪切旋压（c）强力旋压Fig.1-1Spinningconfigurations:(a)conventionalspinning,(b)shearspinning,(c)tubespinning.
上海交通大学硕士学位论文3(a)(b)(c)图1-2普通旋压分类：（a）拉深旋压（b）缩径旋压（c）扩径旋压Fig.1-2Conventionalspinning:(a)draw-spinning,(b)neck-spinning,(c)expandingspinning普通旋压过程中，瞬间变形区集中在毛坯与旋轮直接接触区域，变形区内形成较大应力，使材料局部发生塑性变形。旋轮进给方向不同会造成变形区形成不同的应力状态，如图1-3所示。当旋轮由工件底部向工件边缘运动（正旋）时，旋压变形区径向产生拉应力，而周向产生压应力，径向拉应力促使材料沿径向流动而使工件壁厚减薄，但周向应力使壁厚呈增加的趋势，二者应力共同作用使工件壁厚几乎不发生改变。当旋轮由工件边缘朝工件底部运动（反旋）时，旋轮前的材料堆积促使变形区径向和周向均产生压应力[12,13]。(a)(b)图1-3普通旋压变形区的应力状态[5]：（a）正旋（b）反旋Fig.1-3Workingzonestressesinconventionalspinning:(a)forwardspinning(b)backwardspinning.当旋压工艺参数选择不合理时，在普旋过程中通常会出现起皱、径向裂纹与周向裂纹三类缺陷，如图1-4所示。加工道次设计不合理，单道次变形量过大，造成法兰区形成较大的周向压应力，周向压应力过大时就会出现起皱现象。采用若干道次旋压成形，减小法兰区周向压应力，可有效避免法兰起皱。周向裂纹的产生主要是由于径向拉应力过大，而径向裂纹是由周向拉应力过大造成的[14]。因此，在旋压过程中选取合适的工艺参数，避免应力过大，可防止缺陷的产生。
上海交通大学硕士学位论文3(a)(b)(c)图1-2普通旋压分类：（a）拉深旋压（b）缩径旋压（c）扩径旋压Fig.1-2Conventionalspinning:(a)draw-spinning,(b)neck-spinning,(c)expandingspinning普通旋压过程中，瞬间变形区集中在毛坯与旋轮直接接触区域，变形区内形成较大应力，使材料局部发生塑性变形。旋轮进给方向不同会造成变形区形成不同的应力状态，如图1-3所示。当旋轮由工件底部向工件边缘运动（正旋）时，旋压变形区径向产生拉应力，而周向产生压应力，径向拉应力促使材料沿径向流动而使工件壁厚减薄，但周向应力使壁厚呈增加的趋势，二者应力共同作用使工件壁厚几乎不发生改变。当旋轮由工件边缘朝工件底部运动（反旋）时，旋轮前的材料堆积促使变形区径向和周向均产生压应力[12,13]。(a)(b)图1-3普通旋压变形区的应力状态[5]：（a）正旋（b）反旋Fig.1-3Workingzonestressesinconventionalspinning:(a)forwardspinning(b)backwardspinning.当旋压工艺参数选择不合理时，在普旋过程中通常会出现起皱、径向裂纹与周向裂纹三类缺陷，如图1-4所示。加工道次设计不合理，单道次变形量过大，造成法兰区形成较大的周向压应力，周向压应力过大时就会出现起皱现象。采用若干道次旋压成形，减小法兰区周向压应力，可有效避免法兰起皱。周向裂纹的产生主要是由于径向拉应力过大，而径向裂纹是由周向拉应力过大造成的[14]。因此，在旋压过程中选取合适的工艺参数，避免应力过大，可防止缺陷的产生。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金热旋压成形技术研究现状[J]. 夏琴香,袁帅,程秀全,肖刚锋. 锻压技术. 2018(07)
[2]AZ80镁合金车轮热旋压性能研究[J]. 李建,陶慕华,王利梅,孙惠学. 热加工工艺. 2017(01)
[3]AZ80镁合金轮毂强力旋压工艺及组织性能研究[J]. 曹振,王旭东,董杰,王锋华,王胜强. 稀有金属. 2018(02)
[4]AZ31B镁合金方盒形件的差温拉深成形[J]. 杨柳,官英平,段永川,周美玲. 塑性工程学报. 2016(01)
[5]轧制参数对AZ31镁合金织构和室温成形性能的影响[J]. 杨海波,胡水平. 中国有色金属学报. 2014(08)
[6]强力旋压成形技术在航空领域的新进展[J]. 李继贞,刘德贵,王健飞. 航空制造技术. 2014(10)
[7]热剪切旋压过程中芯模对零件形貌和壁厚分布的影响[J]. 詹梅,李甜,王巧玲,杨合. 西北工业大学学报. 2013(03)
[8]镁合金动态再结晶的研究现状[J]. 陈先华,汪小龙,张志华. 兵器材料科学与工程. 2013(01)
[9]镁合金温拉深工艺的有限元模拟和实验研究[J]. 李彩霞,于彦东,潘承怡. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[10]AZ31B镁合金板材旋压成形工艺研究[J]. 范有发,李东南,陈文哲. 中国机械工程. 2012(11)
博士论文
[1]难变形金属筒形件热强旋成形机理及工艺参数优化[D]. 王兴坤.华南理工大学 2018
[2]轻合金典型薄壁回转件热旋压数值模拟与试验研究[D]. 李琳琳.吉林大学 2017
硕士论文
[1]Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变[D]. 靳学泽.哈尔滨工业大学 2015
[2]AZ80镁合金强力旋压成形工艺研究[D]. 曹振.上海交通大学 2015
[3]AZ31镁合金的复合孪晶结构设计与强韧化机制[D]. 周孝军.重庆大学 2014
[4]挤压态ME20M镁合金高温变形行为与热旋工艺研究[D]. 周祥.哈尔滨工业大学 2014
[5]镁合金筒体件旋压成形工艺研究[D]. 刘陶.重庆大学 2010
[6]AZ81镁合金热旋工艺及组织研究[D]. 李兵.重庆大学 2010
[7]铝合金拉深旋压成形规律的研究[D]. 马菽聪.燕山大学 2008
[8]AZ31镁合金筒形件旋压技术研究[D]. 滕焕波.中北大学 2007
[9]复杂曲面、薄壁件精密旋压成形技术研究[D]. 陈辉.四川大学 2004
本文编号：3136228
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋压工艺[5]：（a）普通旋压（b）剪切旋压（c）强力旋压Fig.1-1Spinningconfigurations:(a)conventionalspinning,(b)shearspinning,(c)tubespinning.
上海交通大学硕士学位论文3(a)(b)(c)图1-2普通旋压分类：（a）拉深旋压（b）缩径旋压（c）扩径旋压Fig.1-2Conventionalspinning:(a)draw-spinning,(b)neck-spinning,(c)expandingspinning普通旋压过程中，瞬间变形区集中在毛坯与旋轮直接接触区域，变形区内形成较大应力，使材料局部发生塑性变形。旋轮进给方向不同会造成变形区形成不同的应力状态，如图1-3所示。当旋轮由工件底部向工件边缘运动（正旋）时，旋压变形区径向产生拉应力，而周向产生压应力，径向拉应力促使材料沿径向流动而使工件壁厚减薄，但周向应力使壁厚呈增加的趋势，二者应力共同作用使工件壁厚几乎不发生改变。当旋轮由工件边缘朝工件底部运动（反旋）时，旋轮前的材料堆积促使变形区径向和周向均产生压应力[12,13]。(a)(b)图1-3普通旋压变形区的应力状态[5]：（a）正旋（b）反旋Fig.1-3Workingzonestressesinconventionalspinning:(a)forwardspinning(b)backwardspinning.当旋压工艺参数选择不合理时，在普旋过程中通常会出现起皱、径向裂纹与周向裂纹三类缺陷，如图1-4所示。加工道次设计不合理，单道次变形量过大，造成法兰区形成较大的周向压应力，周向压应力过大时就会出现起皱现象。采用若干道次旋压成形，减小法兰区周向压应力，可有效避免法兰起皱。周向裂纹的产生主要是由于径向拉应力过大，而径向裂纹是由周向拉应力过大造成的[14]。因此，在旋压过程中选取合适的工艺参数，避免应力过大，可防止缺陷的产生。
上海交通大学硕士学位论文3(a)(b)(c)图1-2普通旋压分类：（a）拉深旋压（b）缩径旋压（c）扩径旋压Fig.1-2Conventionalspinning:(a)draw-spinning,(b)neck-spinning,(c)expandingspinning普通旋压过程中，瞬间变形区集中在毛坯与旋轮直接接触区域，变形区内形成较大应力，使材料局部发生塑性变形。旋轮进给方向不同会造成变形区形成不同的应力状态，如图1-3所示。当旋轮由工件底部向工件边缘运动（正旋）时，旋压变形区径向产生拉应力，而周向产生压应力，径向拉应力促使材料沿径向流动而使工件壁厚减薄，但周向应力使壁厚呈增加的趋势，二者应力共同作用使工件壁厚几乎不发生改变。当旋轮由工件边缘朝工件底部运动（反旋）时，旋轮前的材料堆积促使变形区径向和周向均产生压应力[12,13]。(a)(b)图1-3普通旋压变形区的应力状态[5]：（a）正旋（b）反旋Fig.1-3Workingzonestressesinconventionalspinning:(a)forwardspinning(b)backwardspinning.当旋压工艺参数选择不合理时，在普旋过程中通常会出现起皱、径向裂纹与周向裂纹三类缺陷，如图1-4所示。加工道次设计不合理，单道次变形量过大，造成法兰区形成较大的周向压应力，周向压应力过大时就会出现起皱现象。采用若干道次旋压成形，减小法兰区周向压应力，可有效避免法兰起皱。周向裂纹的产生主要是由于径向拉应力过大，而径向裂纹是由周向拉应力过大造成的[14]。因此，在旋压过程中选取合适的工艺参数，避免应力过大，可防止缺陷的产生。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金热旋压成形技术研究现状[J]. 夏琴香,袁帅,程秀全,肖刚锋. 锻压技术. 2018(07)
[2]AZ80镁合金车轮热旋压性能研究[J]. 李建,陶慕华,王利梅,孙惠学. 热加工工艺. 2017(01)
[3]AZ80镁合金轮毂强力旋压工艺及组织性能研究[J]. 曹振,王旭东,董杰,王锋华,王胜强. 稀有金属. 2018(02)
[4]AZ31B镁合金方盒形件的差温拉深成形[J]. 杨柳,官英平,段永川,周美玲. 塑性工程学报. 2016(01)
[5]轧制参数对AZ31镁合金织构和室温成形性能的影响[J]. 杨海波,胡水平. 中国有色金属学报. 2014(08)
[6]强力旋压成形技术在航空领域的新进展[J]. 李继贞,刘德贵,王健飞. 航空制造技术. 2014(10)
[7]热剪切旋压过程中芯模对零件形貌和壁厚分布的影响[J]. 詹梅,李甜,王巧玲,杨合. 西北工业大学学报. 2013(03)
[8]镁合金动态再结晶的研究现状[J]. 陈先华,汪小龙,张志华. 兵器材料科学与工程. 2013(01)
[9]镁合金温拉深工艺的有限元模拟和实验研究[J]. 李彩霞,于彦东,潘承怡. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[10]AZ31B镁合金板材旋压成形工艺研究[J]. 范有发,李东南,陈文哲. 中国机械工程. 2012(11)
博士论文
[1]难变形金属筒形件热强旋成形机理及工艺参数优化[D]. 王兴坤.华南理工大学 2018
[2]轻合金典型薄壁回转件热旋压数值模拟与试验研究[D]. 李琳琳.吉林大学 2017
硕士论文
[1]Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变[D]. 靳学泽.哈尔滨工业大学 2015
[2]AZ80镁合金强力旋压成形工艺研究[D]. 曹振.上海交通大学 2015
[3]AZ31镁合金的复合孪晶结构设计与强韧化机制[D]. 周孝军.重庆大学 2014
[4]挤压态ME20M镁合金高温变形行为与热旋工艺研究[D]. 周祥.哈尔滨工业大学 2014
[5]镁合金筒体件旋压成形工艺研究[D]. 刘陶.重庆大学 2010
[6]AZ81镁合金热旋工艺及组织研究[D]. 李兵.重庆大学 2010
[7]铝合金拉深旋压成形规律的研究[D]. 马菽聪.燕山大学 2008
[8]AZ31镁合金筒形件旋压技术研究[D]. 滕焕波.中北大学 2007
[9]复杂曲面、薄壁件精密旋压成形技术研究[D]. 陈辉.四川大学 2004
本文编号：3136228
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