薄壁管材高速滚珠旋压的热力耦合模拟研究

发布时间：2020-05-10 11:38

【摘要】：滚珠旋压技术作为一种特殊的塑性加工方法,由于其加工的薄壁管质量高、精度好而被广泛用于生产加工低塑性、难变形、高质量要求的零件。在滚珠旋压过程中,温度对管坯的塑性变形有着十分重要的影响,它不仅影响着材料本身特性,更影响着管件最终的成形质量。本课题以高速滚珠旋压过程中的温度场为研究对象,通过有限元软件建立镁合金薄壁管材的有限元热力耦合模型,对其生热升温规律及温升可控性进行了探索、分析、总结与验证。首先,通过有限元软件ABAQUS建立了符合实际工况的高速滚珠旋压有限元模型。以满足实际工况为原则,完成了模型假设、几何模型的建立、材料属性的定义、单元选取与网格划分以及边界条件的设定等,建立了符合实际工况的高速滚珠旋压有限元模型。其次,通过有限元热力耦合模拟,获取了管坯温度场分布状态,得到了在滚珠旋压进程中,管坯的未变形区域、变形区域和已成形区域的温度场变化规律,并得到了高速滚珠旋压过程中管坯内、外表面生热升温规律。再次,对不同工艺参数进行有限元热力耦合模拟,得到了进给比、模环转速、减薄量、滚珠直径、摩擦系数对镁合金管坯旋压区温度场的影响规律。各工艺参数对管坯的变形区生热升温都有较大的影响,变形区的温度随着摩擦系数,模具转速,减薄量和进给比的提高而增加,随着滚珠直径的增大而减小,其中,减薄量对温度的提高最为敏感。接着,通过对各工艺参数调配并进行有限元热力耦合模拟,发现在高转速和大减薄量时变形区的温度可以达到220℃以上,满足镁合金的温热成形的温度要求,验证了镁合金薄壁管温室旋压的最适旋压温度的可实现性,并实现了最适旋压温度的可控性。同时探究了管坯径向生热均匀性。最后,通过对滚珠与管坯之间的摩擦系数进行实验测定,得到了滚珠与管坯之间在不同温度下的干摩擦系数和润滑摩擦系数,为有限元模型提供最为接近实际工况的摩擦系数。通过滚珠旋压测温实验,得到了不同工艺参数下的管坯旋压区温度值,并与仿真结果进行对比,实验所测量的结果与仿真模拟结果基本吻合,验证了有限元热力耦合仿真结果的可靠性。
【图文】：

滚珠,旋压,工作原理图

压工艺概述最早起源于我国的陶瓷制造工艺，在 13 世纪的时候被引入到了飞速发展于美国。上世纪 60 年代，旋压技术传到我国并被诸多的，该技术已经取得了较为完善的研究成果[1-2]，基本上在技术开发造、实际应用等方面都具有了完备的体系[3-4]，并由于其具有多种航空、兵器等多个行业[5-6]。是旋压技术中的一种特殊的强力旋压技术。滚珠旋压的变形工具类件，，变形加工是靠滚珠和管件之间的摩擦接触挤压而成，滚珠动的同时滚珠和工件之间也发生着沿工件轴向方向的相对运动，作原理如图 1.1 所示，在模环 4 内放置滚珠 3，使滚珠 3 均匀布排 2 套在芯模 1 上。在加工过程中，模环 4 旋转带动滚珠 3 绕管坯同时，芯模 1 带动管坯 2 进行轴向进给运动，这样就完成了管坯

旋压机,滚珠

图 1.2 立式滚珠旋压机Fig. 1.2 Vertical ball spinning machine图 1.3 卧式滚珠旋压机Fig. 1.3 Horizontal ball spinning machine
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【参考文献】