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滚珠旋压镍铜合金超薄壁管试验与成形机理研究

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滚珠旋压镍铜合金超薄壁管试验与成形机理研究

作者：李维壮太原科技大学

学位级别：硕士

随着我国装备制造业的发展,精密塑性成形逐步成为塑性加工领域的热点。在电子设备与精密仪器制造领域中,超薄壁管的需求正在逐步扩大。本文以滚珠旋压工艺为基础,使用有限元分析软件进行了NCu 40-2-1镍铜合金管的可旋性分析,并通过立式... 详细信息

随着我国装备制造业的发展,精密塑性成形逐步成为塑性加工领域的热点。在电子设备与精密仪器制造领域中,超薄壁管的需求正在逐步扩大。本文以滚珠旋压工艺为基础,使用有限元分析软件进行了NCu 40-2-1镍铜合金管的可旋性分析,并通过立式滚珠旋压机成功制备了厚度达0.05mm的超薄壁管。此外,使用多种材料观测手段,对镍铜合金超薄壁管的成形过程、强化机制、组织演变等微观机理进行了研究。首先,建立了滚珠旋压各工艺参数计算模型。提出了滚珠旋压极限减薄厚度的有限元预测模型,采用逐步增大总减薄率且各道次相对减薄率相同的方法,以起皱因子与变形均匀性系数两个衡量标准对镍铜合金管坯在选定参数下的可旋性进行了分析。以起皱因子为衡量标准时,总减薄率增大则起皱因子波动幅度逐步加剧。以变形均匀性系数为衡量标准时,随着管件减薄率的增加,管件的变形均匀性系数先减小后增加,管件在第二道次后变形较为均匀,第一道次次之,第三道次最差。最终预测在所选工艺参数下,Φ10.8mm的镍铜合金管极限减薄率为80%～90%。其次,基于本文建立的超薄壁管工艺参数进行了旋压试验,并对管件的成形质量进行检测后,总结了旋压过程中的主要缺陷引发因素。采用透射电子显微镜观测了管件表面(RD-TD面)的微观组织,分析了内部超细层状结构与超细晶的形成过程,并根据旋压后管件的硬度变化情况,得出滚珠旋压时管件的强化机制。结果表明:当镍铜合金管的减薄率大于80%时,内部组织可通过位错滑移、超细层状结构细化和变形孪晶的产生3种方式得到强化。再次,通过X射线衍射、电子背散射衍射两种方法,观测并分析了管件表面(RD-TD面)、厚度方向(RD-ND面)的微观组织演变情况。在RD-TD面,(111)和(200)晶面择优取向逐渐减小,(220)晶面择优取向急剧增加。在RD-ND面,管坯经滚珠旋压后,其内部主要以//RD取向为主,并形成了面心立方金属中典型的扭转(纯剪切)织构—{111}。最后,基于几何必需位错在管件中的分布密度变化情况,表征了内部组织的均匀性,并分析了几何必需位错密度的变化对管件强度的影响。分析发现,当管材减薄率较小时,由于变形不足,晶粒形貌和位错在厚度方向的分布出现明显不同。随着厚度减薄率增加到90%,晶粒形貌和几何必需位错分布逐渐趋于均匀,这意味着后续变形将变困难。

关键词：滚珠旋压镍铜合金超薄壁管显微组织力学性能

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滚珠旋压工艺的滚珠直径选择

材料科学与工艺 2005年第6期13卷 594-597页

作者：李茂盛张士宏康达昌颜永年清华大学机械工程系北京100084 中国科学院沈阳金属研究所辽宁沈阳110016 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

滚珠旋压工艺参数的选择在滚珠旋压工艺中具有重要意义．根据滚珠旋压工艺参数对成形件质量的影响,通过实验研究与理论分析,提出滚珠的剥皮效应与旋压工作角有直接关系的假说,并得出工作角对成形件质量的影响图．依据最小变薄率的分析结... 详细信息

滚珠旋压工艺参数的选择在滚珠旋压工艺中具有重要意义．根据滚珠旋压工艺参数对成形件质量的影响,通过实验研究与理论分析,提出滚珠的剥皮效应与旋压工作角有直接关系的假说,并得出工作角对成形件质量的影响图．依据最小变薄率的分析结果,对滚珠旋压工艺中滚珠直径的选择原则进行研究,提出了工程实践中滚珠直径的选择原则,实验表明,该选择原则具有较强的实用性．

关键词：旋压工作角滚珠直径薄壁管成形滚珠旋压

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滚珠旋压工艺中成形区接触压力的分析计算

材料科学与工艺 2004年第2期12卷 125-128页

作者：李茂盛康达昌张士宏颜永年清华大学机械工程系北京100084 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016

针对滚珠旋压过程中成形区滚珠与管件接触压力的确定问题,提出利用平面应变状态下圆弧形冲头压入半无限体时平均接触压力来间接推出加工过程中成形区平均接触压力的方法,讨论了钢球压入半无限体时的平均接触压力与滚珠旋压时接触压力以... 详细信息

针对滚珠旋压过程中成形区滚珠与管件接触压力的确定问题,提出利用平面应变状态下圆弧形冲头压入半无限体时平均接触压力来间接推出加工过程中成形区平均接触压力的方法,讨论了钢球压入半无限体时的平均接触压力与滚珠旋压时接触压力以及平面应变状态下圆弧形冲头压入半无限体时的平均接触压力之间的关系,并进行了实验验证.研究结果表明:以平面应变状态下圆弧形冲头压入半无限体时的平均接触压力推导出的滚珠旋压时滚珠与所成形管料的平均接触压力值的计算公式具有较高的实用性.

关键词：接触压力滚珠旋压筒形件旋压强力旋压旋压

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镁合金管滚珠旋压变形区温升特性研究

稀有金属材料与工程 2019年第7期48卷 2151-2158页

作者：赵春江张飞涛刘雁伟苏梦颖太原科技大学太原重型装备协同创新中心

滚珠旋压由于连续逐点成型特性而产生大量的变形热而需要对变形区进行连续冷却。由于镁合金成型温度较低,可以利用摩擦与变形热替代镁合金薄壁管滚珠旋压工件的加热过程。通过有限元模拟对不同工艺参数下的生热规律进行计算。结果表明:... 详细信息

滚珠旋压由于连续逐点成型特性而产生大量的变形热而需要对变形区进行连续冷却。由于镁合金成型温度较低,可以利用摩擦与变形热替代镁合金薄壁管滚珠旋压工件的加热过程。通过有限元模拟对不同工艺参数下的生热规律进行计算。结果表明:滚珠旋压变形影响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,其中,减薄量对温度的提高最为敏感,模环转速对温度的提高影响较小,摩擦系数对温升的影响最小;在高转速和大减薄量时变形影响区的温度可以达到220℃以上,可以满足镁合金温热成型的温度要求。变形区非接触式温度测量结果表明,模拟结果与实测结果吻合度较高。

关键词： AZ31B镁合金薄壁管滚珠旋压变形区温升有限元

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滚珠旋压圆孔翻边成形力分析

塑性工程学报 2018年第5期25卷 217-222页

作者：黄世军赫哲吴凤和杨以鹏王小冬燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 中铁山桥集团有限公司河北秦皇岛066004

针对滚珠旋压翻边过程中成形区的特点,将滚珠与板材的接触变形区分为减薄变形区和翻边变形区,在此基础上,建立了滚珠旋压力解析模型,通过投影方法分别计算了减薄变形区和翻边变形区的投影面积,同时对两个区域的接触应力进行分析,推导出... 详细信息

针对滚珠旋压翻边过程中成形区的特点,将滚珠与板材的接触变形区分为减薄变形区和翻边变形区,在此基础上,建立了滚珠旋压力解析模型,通过投影方法分别计算了减薄变形区和翻边变形区的投影面积,同时对两个区域的接触应力进行分析,推导出滚珠旋压翻边的旋压力计算公式。同时,建立了滚珠旋压翻边的有限元模型,进行了旋压翻边过程的有限元分析,并将旋压力解析模型结果与滚珠旋压翻边有限元旋压力模拟结果进行对比分析,分析的结果表明滚珠旋压力解析模型可为滚珠旋压翻边力快速初步评估提供一种新计算方法。

关键词：滚珠旋压圆孔翻边旋压力翻边力

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薄壁管滚珠旋压力计算模型

兵工学报 2015年第5期36卷 928-932页

作者：赵春江王琛耿明超太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024 中国电子科技集团公司第12研究所北京100044

给出了一种计算三维滚珠旋压力的解析模型。根据滚珠轨迹对空间坐标进行旋转,简化了滚珠与工件的空间关系表达式;基于空间解析几何理论和旋压件为半无限体的假设,得到了滚珠与管坯的接触边界方程,并在各坐标平面上进行投影得到二维曲线... 详细信息

给出了一种计算三维滚珠旋压力的解析模型。根据滚珠轨迹对空间坐标进行旋转,简化了滚珠与工件的空间关系表达式;基于空间解析几何理论和旋压件为半无限体的假设,得到了滚珠与管坯的接触边界方程,并在各坐标平面上进行投影得到二维曲线,通过对曲线的积分计算各坐标平面内的接触区投影面积。变形区单位压力通过钢球压入空间半无限体时成形区的平均压力近似相等的假设给出,计算各旋压力分量和总旋压力;通过对旋压力轴向分量的理论计算结果与实验数据对比,表明给出的计算模型的准确性。

关键词：兵器科学与技术滚珠旋压旋压力坐标旋转解析模型实验对比

滚珠直径对薄壁筒形件反向滚珠旋压成形性影响研究

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材料科学与工艺 2011年第2期19卷 1-4,9页

作者：江树勇孙金凤赵立红张艳秋哈尔滨工程大学工程训练中心哈尔滨150001 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001

以工艺实验和刚塑性有限元法为基础,研究了滚珠直径对薄壁筒形件反向滚珠旋压成形性的影响.有限元模拟结果表明,随着滚珠直径的增加,轴向旋压力的波动减小,滚珠前方金属堆积减小,金属稳定流动性增加.工艺实验结果表明,滚珠直径对薄壁筒... 详细信息

以工艺实验和刚塑性有限元法为基础,研究了滚珠直径对薄壁筒形件反向滚珠旋压成形性的影响.有限元模拟结果表明,随着滚珠直径的增加,轴向旋压力的波动减小,滚珠前方金属堆积减小,金属稳定流动性增加.工艺实验结果表明,滚珠直径对薄壁筒形件反向滚珠旋压成形性的影响存在两个临界值,而且随着滚珠直径的增加,滚珠旋压力增加,筒坯较易发生塑性变形,滚珠前方金属稳定流动性增加.有限元模拟结果与实验结果保持了良好的一致性.

关键词：强力旋压滚珠旋压滚珠直径有限元法

滚珠旋压工艺参数对薄壁筒形件旋压变形的影响

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热加工工艺 2007年第1期36卷 47-49页

作者：王忠堂王淼王本贤张士宏王冬梅沈阳理工大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110168 中科院金属研究所辽宁沈阳110016

根据滚珠旋压工艺参数对成形件的影响规律,分析了旋压时滚珠工作角对金属稳定流动行为的影响,并获得了合理的滚珠工作角的选取范围。通过数值模拟与实验结果的比较,得出了获得较理想的成形薄壁筒形件时减薄率的选取范围。理论计算结果... 详细信息

根据滚珠旋压工艺参数对成形件的影响规律,分析了旋压时滚珠工作角对金属稳定流动行为的影响,并获得了合理的滚珠工作角的选取范围。通过数值模拟与实验结果的比较,得出了获得较理想的成形薄壁筒形件时减薄率的选取范围。理论计算结果与实验结果对比表明,所得减薄率选取范围具有较强的实用性。

关键词：滚珠旋压薄壁管工艺参数减薄率