金属拉深旋压成形时损伤破裂预测研究

作     者：夏琴香 张义龙 肖刚锋 晏畅 XIA Qinxiang;ZHANG Yilong;XIAO Gangfeng;YAN Chang

作者机构：华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第59卷第10期

页      面：66-75页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(51705159) 广东省自然科学基金(2021A1515011074,2019A1515012132)资助项目。 

主　　题：镍基高温合金 拉深旋压 Lou准则 修正的韧性断裂准则 破裂预测 

摘      要：破裂是金属拉深旋压成形最主要缺陷之一,通过分析拉深旋压时的破裂形式、受力特征及裂纹形成过程,提出构建适用于金属拉深旋压的韧性断裂准则,以实现对拉深旋压破裂缺陷的准确预测与控制。以Haynes230镍基高温合金为研究对象,通过分析拉深旋压应力特征,指出最大主应力是导致筒壁中部轴向破裂、最大切应力是导致口部切向破裂的主要原因,并构建出考虑拉深旋压两种破裂形式的修正Lou准则。设计不同应力三轴度的单向拉伸试验,标定韧性断裂准则损伤参数;基于拉深旋压试验,验证适用于拉深旋压的韧性断裂准则,预测镍基高温合金拉深旋压时的损伤破裂。结果表明,由于Lou准则仅考虑了最大切应力的影响,导致工件提前形成轴向破裂。修正的Lou准则同时考虑最大主/切应力的影响,能准确预测拉深旋压破裂的形成位置与形成时刻,其破裂时刻预测的相对误差仅为7%。拉深旋压时当出现口部鼓包缺陷后,损伤在沿鼓包区迅速积累,导致裂纹从鼓包区沿轴向扩展形成轴向破裂。由于旋轮接触区材料在外表面受压应力、内表面受拉应力,使得筒壁中部的内表面更易形成切向破裂。