7075铝合金筒形件多道次强力热反旋不均匀塑性变形鼓包的研究

发布时间：2017-10-21 01:04

  本文关键词：7075铝合金筒形件多道次强力热反旋不均匀塑性变形鼓包的研究

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【摘要】：大型整体高强铝合金薄壁筒形件具有重量轻、强度高、耐腐蚀强等特点,广泛应用于航空航天领域。多道次强力热反旋是加工此类筒形件的主要方法之一。然而在多道次强力热反旋过程中材料要经历多场、多因素耦合下复杂的不均匀塑性变形。在旋压过程中如果工艺参数控制不当,就会导致鼓包、扩径、开裂、椭圆等缺陷的出现,使筒形件成形质量难以控制。为此,本文采用有限元数值模拟为主,结合实验和理论,对7075铝合金薄壁筒形件多道次强力热反旋成形中不均匀塑性变形行为及导致的鼓包进行了系统的研究。主要的研究内容和成果如下:1)解决了建模所涉及的关键技术,基于Abaqus/Explicit有限元平台,建立了既符合实际又兼顾计算效率的筒形件多道次强力热反旋三维弹塑性有限元模型,并通过实验研究验证了所建立的有限元模型的可靠性。2)基于验证的有限元模型,系统地研究了7075铝合金筒形件多道次减薄过程中的不均匀塑性变形行为及鼓包的变化特征,研究发现:旋压区温度最高,已旋区在轴向和径向上都存在温度梯度,内层金属温度稍高于外层,并随着道次的增加温度梯度变得不明显。等效应力在旋轮作用处最大,并从外到内呈减小趋势;在轴向上,成形区工件内壁受压应力作用,旋轮前材料受拉应力作用,工件根部受压应力作用;在切向上,旋压区和靠近旋压区的成形区受压应力作用,其余区域大部分受拉应力作用;在径向上,已旋区应力曲线在零值上下呈波浪形分布。等效应变最大值出现在旋轮后方,工件内层径向、轴向应变大于外层,周向应变较小,最大轴向应变出现在倒角根部。随着道次增加,鼓包出现的时间提前,鼓包一般出现在工件端部和旋轮后方,又以旋轮后方最为严重。3)研究了芯模预热温度、旋轮进给速度、芯模转速、旋轮与工件间摩擦、芯模与工件间摩擦等工艺参数对多道次强力热反旋中鼓包的影响规律。发现随着芯模预热温度升高,鼓包高度先减小后增大;随着进给速度增大,第二、三道次鼓包高度呈增大趋势,第四道次鼓包高度先增大后减小;旋轮与工件间摩擦对第二、三道次鼓包高度影响不大,对第四道次鼓包高度有较大影响;随着道次增加,鼓包高度最小处摩擦系数有增大趋势;随主轴转速增大,第二、三道次鼓包高度变化不明显,第四道鼓包高度呈增大趋势。
【关键词】：7075铝合金筒形件 多道次强力热反旋 不均匀塑性变形 工艺参数 鼓包
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 多道次强力旋压的分类及特点10-12
• 1.3 多道次强力旋压技术的发展概况12
• 1.4 筒形件旋压研究现状12-16
• 1.5 选题的背景和意义16-17
• 1.6 本文的研究内容17-18
• 第2章 铝合金筒形件多道次强力热反旋研究基础18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 筒形件强力旋压理论基础18-22
• 2.2.1 材料的弹塑性行为描述18-19
• 2.2.2 材料塑性力学的基本法则19-20
• 2.2.3 塑性成形热力耦合的基本理论20-22
• 2.3 筒形件强力旋压有限元基础22-28
• 2.3.1 虚功方程22
• 2.3.2 弹塑性问题的增量方程22-23
• 2.3.3 热弹塑性本构方程23-24
• 2.3.4 弹塑性有限元求解方程24-26
• 2.3.5 筒形件多道次强力热反旋有限元分析软件介绍26-28
• 2.4 筒形件多道次强力热反旋实验基础28-30
• 2.4.1 实验设备28-29
• 2.4.2 实验数据测量29
• 2.4.3 实验温度条件29
• 2.4.4 实验摩擦条件29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 铝合金筒形件多道次强力热反旋有限元模型的建立31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 有限元建模关键技术31-38
• 3.2.1 几何模型的建立31-32
• 3.2.2 材料模型的建立32-33
• 3.2.3 旋轮加载及运动轨迹33-34
• 3.2.4 接触边界条件处理34
• 3.2.5 摩擦模型34-35
• 3.2.6 热交换边界条件处理35
• 3.2.7 网格的划分与网格自适应技术35-36
• 3.2.8 质量放大技术与重启动36-38
• 3.3 有限元模型的建立及可靠性验证38-42
• 3.3.1 有限元模型稳定性评估38-39
• 3.3.2 模型可靠性验证39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 铝合金筒形件多道次强力热反旋塑性变形及鼓包特征分析43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 铝合金筒形件多道次强力热反旋热塑性变形行为研究43-54
• 4.2.1 模拟条件43-44
• 4.2.2 多道次旋压中温度场的演化规律44-45
• 4.2.3 多道次旋压中等效应力的变化45-47
• 4.2.4 多道次旋压成形过程中应力沿径向、切向和轴向的分布规律47-50
• 4.2.5 多道次旋压中等效应变的变化50-51
• 4.2.6 多道次旋压成形过程中应变沿径向、切向和轴向的分布规律51-54
• 4.3 多道次旋压中鼓包的特征分析54-59
• 4.3.1 鼓包的描述54
• 4.3.2 筒形件旋压过程中内径沿轴向变化的规律54-56
• 4.3.3 筒形件旋压过程中内径沿周向变化的规律56-57
• 4.3.4 鼓包高度的定量描述57
• 4.3.5 鼓包高度沿轴向的分布57-58
• 4.3.6 最大鼓包高度随旋压进程的变化58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 工艺参数对多道次不均匀塑性变形鼓包的影响60-66
• 5.1 引言60
• 5.2 研究方案60-61
• 5.3 工艺参数对多道次鼓包高度的影响61-64
• 5.3.1 芯模预热温度对多道次鼓包的影响61
• 5.3.2 进给速度对多道次鼓包的影响61-62
• 5.3.3 旋轮与工件间摩擦对多道次鼓包的影响62-63
• 5.3.4 芯模与工件间摩擦对多道次鼓包的影响63-64
• 5.3.5 芯模转速对多道次鼓包的影响64
• 5.4 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士期间发表论文71-72
• 致谢72

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本文编号：1070373