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

作     者：张明远 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵刚要

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：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 

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。