本文關(guān)鍵詞：7075鋁合金筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋不均勻塑性變形鼓包的研究

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【摘要】：大型整體高強(qiáng)鋁合金薄壁筒形件具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕強(qiáng)等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。多道次強(qiáng)力熱反旋是加工此類筒形件的主要方法之一。然而在多道次強(qiáng)力熱反旋過(guò)程中材料要經(jīng)歷多場(chǎng)、多因素耦合下復(fù)雜的不均勻塑性變形。在旋壓過(guò)程中如果工藝參數(shù)控制不當(dāng),就會(huì)導(dǎo)致鼓包、擴(kuò)徑、開(kāi)裂、橢圓等缺陷的出現(xiàn),使筒形件成形質(zhì)量難以控制。為此,本文采用有限元數(shù)值模擬為主,結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論,對(duì)7075鋁合金薄壁筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋成形中不均勻塑性變形行為及導(dǎo)致的鼓包進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:1)解決了建模所涉及的關(guān)鍵技術(shù),基于Abaqus/Explicit有限元平臺(tái),建立了既符合實(shí)際又兼顧計(jì)算效率的筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋三維彈塑性有限元模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了所建立的有限元模型的可靠性。2)基于驗(yàn)證的有限元模型,系統(tǒng)地研究了7075鋁合金筒形件多道次減薄過(guò)程中的不均勻塑性變形行為及鼓包的變化特征,研究發(fā)現(xiàn):旋壓區(qū)溫度最高,已旋區(qū)在軸向和徑向上都存在溫度梯度,內(nèi)層金屬溫度稍高于外層,并隨著道次的增加溫度梯度變得不明顯。等效應(yīng)力在旋輪作用處最大,并從外到內(nèi)呈減小趨勢(shì);在軸向上,成形區(qū)工件內(nèi)壁受壓應(yīng)力作用,旋輪前材料受拉應(yīng)力作用,工件根部受壓應(yīng)力作用;在切向上,旋壓區(qū)和靠近旋壓區(qū)的成形區(qū)受壓應(yīng)力作用,其余區(qū)域大部分受拉應(yīng)力作用;在徑向上,已旋區(qū)應(yīng)力曲線在零值上下呈波浪形分布。等效應(yīng)變最大值出現(xiàn)在旋輪后方,工件內(nèi)層徑向、軸向應(yīng)變大于外層,周向應(yīng)變較小,最大軸向應(yīng)變出現(xiàn)在倒角根部。隨著道次增加,鼓包出現(xiàn)的時(shí)間提前,鼓包一般出現(xiàn)在工件端部和旋輪后方,又以旋輪后方最為嚴(yán)重。3)研究了芯模預(yù)熱溫度、旋輪進(jìn)給速度、芯模轉(zhuǎn)速、旋輪與工件間摩擦、芯模與工件間摩擦等工藝參數(shù)對(duì)多道次強(qiáng)力熱反旋中鼓包的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著芯模預(yù)熱溫度升高,鼓包高度先減小后增大;隨著進(jìn)給速度增大,第二、三道次鼓包高度呈增大趨勢(shì),第四道次鼓包高度先增大后減小;旋輪與工件間摩擦對(duì)第二、三道次鼓包高度影響不大,對(duì)第四道次鼓包高度有較大影響;隨著道次增加,鼓包高度最小處摩擦系數(shù)有增大趨勢(shì);隨主軸轉(zhuǎn)速增大,第二、三道次鼓包高度變化不明顯,第四道鼓包高度呈增大趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：7075鋁合金筒形件 多道次強(qiáng)力熱反旋 不均勻塑性變形 工藝參數(shù) 鼓包
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG306
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 多道次強(qiáng)力旋壓的分類及特點(diǎn)10-12
• 1.3 多道次強(qiáng)力旋壓技術(shù)的發(fā)展概況12
• 1.4 筒形件旋壓研究現(xiàn)狀12-16
• 1.5 選題的背景和意義16-17
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 鋁合金筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋研究基礎(chǔ)18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 筒形件強(qiáng)力旋壓理論基礎(chǔ)18-22
• 2.2.1 材料的彈塑性行為描述18-19
• 2.2.2 材料塑性力學(xué)的基本法則19-20
• 2.2.3 塑性成形熱力耦合的基本理論20-22
• 2.3 筒形件強(qiáng)力旋壓有限元基礎(chǔ)22-28
• 2.3.1 虛功方程22
• 2.3.2 彈塑性問(wèn)題的增量方程22-23
• 2.3.3 熱彈塑性本構(gòu)方程23-24
• 2.3.4 彈塑性有限元求解方程24-26
• 2.3.5 筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋有限元分析軟件介紹26-28
• 2.4 筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)28-30
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28-29
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量29
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)溫度條件29
• 2.4.4 實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ翖l件29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 鋁合金筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋有限元模型的建立31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 有限元建模關(guān)鍵技術(shù)31-38
• 3.2.1 幾何模型的建立31-32
• 3.2.2 材料模型的建立32-33
• 3.2.3 旋輪加載及運(yùn)動(dòng)軌跡33-34
• 3.2.4 接觸邊界條件處理34
• 3.2.5 摩擦模型34-35
• 3.2.6 熱交換邊界條件處理35
• 3.2.7 網(wǎng)格的劃分與網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)35-36
• 3.2.8 質(zhì)量放大技術(shù)與重啟動(dòng)36-38
• 3.3 有限元模型的建立及可靠性驗(yàn)證38-42
• 3.3.1 有限元模型穩(wěn)定性評(píng)估38-39
• 3.3.2 模型可靠性驗(yàn)證39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 鋁合金筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋塑性變形及鼓包特征分析43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 鋁合金筒形件多道次強(qiáng)力熱反旋熱塑性變形行為研究43-54
• 4.2.1 模擬條件43-44
• 4.2.2 多道次旋壓中溫度場(chǎng)的演化規(guī)律44-45
• 4.2.3 多道次旋壓中等效應(yīng)力的變化45-47
• 4.2.4 多道次旋壓成形過(guò)程中應(yīng)力沿徑向、切向和軸向的分布規(guī)律47-50
• 4.2.5 多道次旋壓中等效應(yīng)變的變化50-51
• 4.2.6 多道次旋壓成形過(guò)程中應(yīng)變沿徑向、切向和軸向的分布規(guī)律51-54
• 4.3 多道次旋壓中鼓包的特征分析54-59
• 4.3.1 鼓包的描述54
• 4.3.2 筒形件旋壓過(guò)程中內(nèi)徑沿軸向變化的規(guī)律54-56
• 4.3.3 筒形件旋壓過(guò)程中內(nèi)徑沿周向變化的規(guī)律56-57
• 4.3.4 鼓包高度的定量描述57
• 4.3.5 鼓包高度沿軸向的分布57-58
• 4.3.6 最大鼓包高度隨旋壓進(jìn)程的變化58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 工藝參數(shù)對(duì)多道次不均勻塑性變形鼓包的影響60-66
• 5.1 引言60
• 5.2 研究方案60-61
• 5.3 工藝參數(shù)對(duì)多道次鼓包高度的影響61-64
• 5.3.1 芯模預(yù)熱溫度對(duì)多道次鼓包的影響61
• 5.3.2 進(jìn)給速度對(duì)多道次鼓包的影響61-62
• 5.3.3 旋輪與工件間摩擦對(duì)多道次鼓包的影響62-63
• 5.3.4 芯模與工件間摩擦對(duì)多道次鼓包的影響63-64
• 5.3.5 芯模轉(zhuǎn)速對(duì)多道次鼓包的影響64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文71-72
• 致謝72

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