【摘要】：基于現(xiàn)代工業(yè)中對(duì)板料密度、比強(qiáng)度等沿厚度方向的梯度要求,異質(zhì)金屬疊層板在航空航天、船舶等工業(yè)領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51675332)的支持下,將疊層板的連接和成形工藝在雙點(diǎn)漸進(jìn)成形設(shè)備上同步完成。針對(duì)異質(zhì)金屬疊層板的點(diǎn)連接、線連接策略和連接后的成形工藝,開(kāi)展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)不同連接策略下得到的連接接頭的斷裂載荷、板料減薄量、表面氧化和磨損情況,以及微觀組織和硬度進(jìn)行了全面分析,并基于板料連接的結(jié)果,初步完成了疊層板的漸進(jìn)成形實(shí)驗(yàn)研究。本文取得了如下研究成果:1.鋼/鋁異質(zhì)金屬電阻點(diǎn)焊連接的抗剪強(qiáng)度小于0.5kN。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):電阻點(diǎn)焊的焊接強(qiáng)度與背壓明顯相關(guān),當(dāng)背壓小于0.1MPa時(shí),容易獲得較強(qiáng)的連接(0.3kN),但此時(shí)工具磨損嚴(yán)重。2.設(shè)計(jì)了三種工具頭旋轉(zhuǎn)方案,研究了鋼/鋁的攪拌摩擦連接特性,比較了連接強(qiáng)度、厚度、顯微組織、金屬間化合物組成和顯微硬度的分布規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn):無(wú)論采用何種旋轉(zhuǎn)方式,雙面攪拌摩擦連接的強(qiáng)度始終高于相同背壓條件下單面攪拌摩擦連接接頭的強(qiáng)度。三種方案中,接頭連接強(qiáng)度都隨著背壓的增加而增加。但在方案A和方案B中,過(guò)大的背壓會(huì)導(dǎo)致連接點(diǎn)的斷裂方式變?yōu)槔摂嗔选?.雙面攪拌摩擦連接的兩種旋轉(zhuǎn)方式中,在大背壓的作用下(0.5MPa),方案A比方案B導(dǎo)致更大的連接面積、工具下壓深度和金屬間化合物層厚度,這些因素導(dǎo)致方案A具有更高的斷裂載荷。在小背壓作用下(0.5MPa),方案B導(dǎo)致更小的連接區(qū)域面積但更大的金屬間化合物厚度,因此,方案B的接頭斷裂強(qiáng)度略高于方案A。雙面攪拌摩擦連接中,主工具頭的摩擦作用使鋼板表面的顯微硬度顯著增加了35%。4.攪拌摩擦線連接的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在定位移下壓量時(shí),進(jìn)給速率按2~10mm/s變化時(shí),位移下壓量對(duì)連接接頭強(qiáng)度的影響不大。而進(jìn)給速率對(duì)接頭強(qiáng)度影響較大,當(dāng)進(jìn)給速率超過(guò)4mm/s時(shí),連接強(qiáng)度趨于平穩(wěn)。在定壓力控制條件中,進(jìn)給速率按5~10mm/s變化時(shí),連接強(qiáng)度對(duì)進(jìn)給速率不敏感。實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn):線連接時(shí)板料間的連接不完全,只有局部區(qū)域產(chǎn)生連接,影響了單位長(zhǎng)度的連接強(qiáng)度。5.疊層板連接后的成形實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):連接后雙層板成形時(shí)可以保證雙層板變形的同步性;但由于雙層板變形時(shí)在板料間產(chǎn)生剪切力,成形角度過(guò)大時(shí),板料連接處容易分離。實(shí)驗(yàn)研究表明:合理的進(jìn)給速率(8~10mm/s)可以保證穩(wěn)定的疊層板漸進(jìn)成形。
【圖文】：

圖 1-1 板料漸進(jìn)成形的基本原理Fig.1-1 Schematic diagram of incremental sheet forming) 單點(diǎn)漸進(jìn)成形 b)雙點(diǎn)漸進(jìn)成形 incremental sheet forming b) Double sided incremental sh圖 1-2 金屬板料單點(diǎn)和雙點(diǎn)漸進(jìn)成形示意圖ig.1-2 Single point and double sided incremental sheet forming步成形的重要價(jià)值金屬板件的制備方法為先通過(guò)軋制、爆炸、熱浸鍍以

2a) 單點(diǎn)漸進(jìn)成形 b)雙點(diǎn)漸進(jìn)成形a) Single point incremental sheet forming b) Double sided incremental sheet forming圖 1-2 金屬板料單點(diǎn)和雙點(diǎn)漸進(jìn)成形示意圖Fig.1-2 Single point and double sided incremental sheet forming.3 連接與同步成形的重要價(jià)值目前，疊層金屬板件的制備方法為先通過(guò)軋制、爆炸、熱浸鍍以及粘接等方制成多層材料疊層的平板，再根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)形狀，通過(guò)冷/熱沖壓成形方法獲得。然而，由于異質(zhì)材料的屈服應(yīng)力以及成形性有較大差異，沖壓成形材料界面變形難以協(xié)調(diào)，且對(duì)厚向疊層順序有嚴(yán)格要求，成形中也易產(chǎn)生拉裂、回彈等陷[11, 12]。此外，，由于金屬連接過(guò)程易產(chǎn)生脆性的金屬間化合物[12]，進(jìn)一步影響續(xù)塑性變形中的成形性。因此，受成形方法的限制，目前疊層板件的形狀較為限，其應(yīng)用受到了較大限制。針對(duì)疊層復(fù)合板件的廣闊應(yīng)用前景以及較為繁瑣
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630584