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镁合金带内筋筒形件热强旋成形织构演变

中国有色金属学报 2022年第3期32卷 700-712页

作者：袁帅夏琴香肖刚锋龙锦川华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 河南牧业经济学院能源与智能工程学院郑州450011

通过宏−细观耦合模拟,研究不同温度和减薄率下镁合金带内筋筒形件壁部和筋部织构的演变规律,并结合宏观和细观分析对织构演变原因进行探究。结果表明,热强旋过程中晶粒c轴朝平行于旋压件径向偏转。减薄率相同时,壁部晶粒由于较大的径向... 详细信息

通过宏−细观耦合模拟,研究不同温度和减薄率下镁合金带内筋筒形件壁部和筋部织构的演变规律,并结合宏观和细观分析对织构演变原因进行探究。结果表明,热强旋过程中晶粒c轴朝平行于旋压件径向偏转。减薄率相同时,壁部晶粒由于较大的径向压应力作用产生比筋部更大的偏转角度;滑移系累积剪应变随减薄率增加具有与宏观真实应变一致的线性增大特点,这将引起织构强度的不断增加。温度对织构类型影响显著,旋压件在较低温度时保持坯料基面板织构特征,随温度的增加,晶粒c轴发生大角度偏转,板织构特征减弱;随着温度的升高,筋部应变量相比壁部具有更大的增幅,这是温度对筋部织构强度影响更为显著的原因。

关键词：镁合金带内筋筒形件热强旋织构演变宏−细观耦合模拟

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内筋参数对镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动的影响

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塑性工程学报 2022年第2期29卷 1-7页

作者：夏琴香江鹏龙锦川肖刚锋华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

基于ABAQUS/explicit平台构建了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋成形时热力耦合有限元模型,探索了热强旋成形过程中材料的流变特性,研究了内筋参数(内筋形状和内筋个数)对材料流动及内筋充填的影响规律,并通过试验对构建的热力耦合有限元... 详细信息

基于ABAQUS/explicit平台构建了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋成形时热力耦合有限元模型,探索了热强旋成形过程中材料的流变特性,研究了内筋参数(内筋形状和内筋个数)对材料流动及内筋充填的影响规律,并通过试验对构建的热力耦合有限元模型的可靠性进行了验证。结果表明:内筋的成形主要靠坯料的内层材料沿径向的流入,内层材料在内筋两侧产生分流,一部分材料沿径向流动形成内筋,剩余部分沿切向流动形成壁部;采用梯形内筋及增加内筋个数有利于内筋的填充;模拟获得的筋高不均匀度、壁厚及筋高与试验结果的相对误差小于8%,验证了有限元模拟结果的准确性。

关键词： ZK61镁合金带内筋筒形件内筋参数热强旋材料流动

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基于感应加热的镁合金带内筋筒形件热强旋旋前温度场研究

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锻压技术 2021年第3期46卷 111-117页

作者：江鹏夏琴香龙锦川肖刚锋华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

对于镁合金带内筋筒形件的热强旋成形,旋前管坯的温度场分布对成形过程中的材料流动及旋压件的成形质量具有重要影响。基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋旋前管坯电磁感应加热模型,模拟分析了不同感应加... 详细信息

对于镁合金带内筋筒形件的热强旋成形,旋前管坯的温度场分布对成形过程中的材料流动及旋压件的成形质量具有重要影响。基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋旋前管坯电磁感应加热模型,模拟分析了不同感应加热参数条件下管坯温度场的分布情况,并通过实验验证了模型的可靠性。研究结果表明:相比电流强度,电流频率对管坯表心温差的影响更为显著,随着电流频率及电流强度的增加,管坯表心温差均逐渐增大;感应线圈的匝数及线圈与管坯的间距对管坯表心温差的影响较大,随着线圈匝数的增大,管坯表心温差近似呈指数形式增加,线圈与管坯的间距越大,管坯表心温差越小。

关键词： ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋感应加热温度场

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难变形金属热强旋成形技术及研究现状

锻压技术 2014年第9期39卷 42-47页

作者：朱宁远夏琴香肖刚锋程秀全华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 广州民航职业技术学院机务工程系广东广州510403

热强旋成形方法可利用材料在高温状态下变形抗力减小、塑性与可旋性提高及旋压成形工艺成形力小、成形工具简单、材料利用率高等特点,实现难变形金属零件的塑性成形。从难变形金属的热强旋可旋性、宏观质量控制、微观组织演变等方面对... 详细信息

热强旋成形方法可利用材料在高温状态下变形抗力减小、塑性与可旋性提高及旋压成形工艺成形力小、成形工具简单、材料利用率高等特点,实现难变形金属零件的塑性成形。从难变形金属的热强旋可旋性、宏观质量控制、微观组织演变等方面对难变形金属热强旋技术进行了综述,介绍了难变形金属在上述三方面的研究现状。分析结果表明,目前的研究主要针对钛合金宏观成形质量,而对难变形金属旋压组织性能控制方面的研究较少;高温合金热强旋成形是难变形金属塑性成形的研究难点;提出了将宏观成形质量与微观组织演变进行形/性一体化控制是难变形金属热强旋成形研究的发展趋势。

关键词：难变形金属热强旋宏观质量控制微观组织演变形/性一体化控制

镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量及参数优化

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精密成形工程 2022年第5期14卷 1-7页

作者：夏琴香江鹏肖刚锋程秀全龙锦川华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广州民航职业技术学院飞机维修工程学院广州510403

目的探明镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量影响因素间的相互作用,并获得优化后的内筋数量及工艺参数。方法设计了五因素、三水平正交试验方案,开展了灰色关联度分析及极差分析,研究了内筋数量及工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹... 详细信息

目的探明镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量影响因素间的相互作用,并获得优化后的内筋数量及工艺参数。方法设计了五因素、三水平正交试验方案,开展了灰色关联度分析及极差分析,研究了内筋数量及工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹陷率、内筋饱和度、筋高不均匀度等成形质量指标影响的主次顺序,获得了最优的参数组合。结果各参数对旋压件成形质量的综合影响主次顺序为:内筋个数N>管坯壁厚t_(0)>减薄率ψ_(t)>成形温度T>进给比f,最优的参数组合为N=12、t_(0)=8 mm、ψ_(t)=70%、T=350℃、f=0.4 mm/r。结论通过在最优的参数组合下开展热强旋试验,可制备出质量合格的镁合金带内筋筒形件。

关键词： ZK61镁合金带内筋筒形件正交试验热强旋灰色关联度

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304不锈钢管热强旋成形试验研究

锻压技术 2015年第6期40卷 39-42,49页

作者：杜军夏琴香朱宁远谢红希华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

针对304不锈钢常温下加工硬化严重、塑性变形抗力大的特性,对304不锈钢筒形件进行了热强旋成形试验研究以探索304不锈钢的热强旋成形规律。在HGQX-LS立式热强旋旋压机上,以二硫化钼为润滑剂,采用高频电磁感应加热方式进行3道次、总减薄... 详细信息

针对304不锈钢常温下加工硬化严重、塑性变形抗力大的特性,对304不锈钢筒形件进行了热强旋成形试验研究以探索304不锈钢的热强旋成形规律。在HGQX-LS立式热强旋旋压机上,以二硫化钼为润滑剂,采用高频电磁感应加热方式进行3道次、总减薄率为60%的旋压成形试验。试验主要分析了成形温度和进给比对成形质量的影响,试验结果表明,热强旋是成形304不锈钢薄壁筒形件行之有效的方法之一,当温度为1000℃、进给比为0.4 mm·r-1时能得到成形质量良好的旋压件。

关键词： 304不锈钢热强旋成形质量成形温度进给比

镁合金带内筋筒形件热强旋成形工艺及质量研究

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镁合金带内筋筒形件热强旋成形工艺及质量研究

作者：黄高柱华南理工大学

学位级别：硕士

为适应新世纪制造业的创新和发展,汽车、航空航天及军工等领域对结构材料的轻量化、高性能、低能耗等要求不断提高。镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有比强度、比刚度高等优点。ZK61镁合金属于高强度镁合金,晶粒细小、耐热性强及耐... 详细信息

为适应新世纪制造业的创新和发展,汽车、航空航天及军工等领域对结构材料的轻量化、高性能、低能耗等要求不断提高。镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有比强度、比刚度高等优点。ZK61镁合金属于高强度镁合金,晶粒细小、耐热性强及耐腐蚀性强。镁合金和带内筋筒形件相结合可从材料和结构两方面有效满足结构件轻量化、高强度的要求。但镁合金常温塑性差,带内筋筒形件在塑性成形中存在内筋充填成形困难等问题。旋压成形是逐点连续塑性变形的成形方法,可有效提高材料塑性,采用热强旋工艺是克服镁合金常温塑性差和实现带内筋筒形件成形的有效途径。因此对镁合金带内筋筒形件热强旋成形工艺进行研究,对于控制缺陷的产生、提高旋压件成形质量具有重要的理论价值和实践意义。本文提出采用固溶处理方法消除ZK61镁合金挤压态管坯组织不均匀性,研究了固溶参数对镁合金组织和力学性能的影响;基于高温单向压缩试验,构建了基于动态材料模型的固溶态ZK61镁合金热加工图,分析了镁合金变形行为和流变失稳。为实现结构管件的轻量化、高强度化,设计了筋高为4mm、筋宽为4mm、筋数为12的梯形内筋筒形件,并进行了热强旋成形工艺分析和工装设计,提出采用圆度、直线度、筋背凹陷率、内筋饱和度及筋高不均匀度评价指标对带内筋筒形件成形质量进行有效描述。基于ABAQUS软件,对镁合金带内筋筒形件热强旋成形进行了有限元模拟,研究了热强旋成形中旋压件的应力应变和材料流动规律。基于热强旋成形工艺,分析了镁合金带内筋筒形件的成形缺陷,研究了工艺参数对带内筋筒形件热强旋成形质量及组织的影响。研究结果表明:ZK61镁合金在425℃×60min条件下固溶处理可有效改善组织均匀性;在25000℃,ZK61镁合金流变应力存在加工硬化、动态软化及稳态流变阶段,在35050℃,镁合金流变应力进入稳态阶段后再次上升硬化;ε=0.6的热加工图中应变速率≤0.1s时镁合金功率耗散率η≥30%,有利于动态再结晶,相同温度和应变速率下功率耗散率随着应变量增大而减小,动态再结晶减缓,在温度≤425℃、应变速率≥1s范围内出现流变失稳区,随着应变量增大流变失稳区增大。镁合金带内筋筒形件热强旋成形有限元模拟结果和实验结果基本吻合,旋压件壁部材料减薄程度比筋部材料更大,壁部材料沿径向压缩变形,沿切向和轴向伸长变形,筋部的外层材料变形情况与壁部相同,内层材料则沿切向压缩变形,沿径向和轴向伸长变形。镁合金带内筋筒形件热强旋成形主要存在筋背凹陷、筋高不均匀及内筋表面橘皮等缺陷;温度为30050℃、进给比为0.4.6mm/r时有利于带内筋筒形件的热强旋成形,对于4mm筋高的筒形件,采用8mm管坯壁厚在减薄率75%情况下可获得饱满内筋,此时壁厚减薄量约是旋压件筋高的1.5倍;在温度为300℃、进给比为0.4mm/r时可获得晶粒细小、组织均匀的旋压件。

关键词：镁合金热加工图带内筋筒形件热强旋成形质量

镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动规律研究

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镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动规律研究

作者：江鹏华南理工大学

学位级别：硕士

轻量化是目前航空航天、武器装备以及交通运输领域产品发展的重要方向,其不仅对降低产品的自身提出要求,还对构件性能和精度要求越来越高。采用镁合金等轻量化材料和薄壁、带内筋等轻量化结构的结合是实现构件轻量化的重要途径。镁合金... 详细信息

轻量化是目前航空航天、武器装备以及交通运输领域产品发展的重要方向,其不仅对降低产品的自身提出要求,还对构件性能和精度要求越来越高。采用镁合金等轻量化材料和薄壁、带内筋等轻量化结构的结合是实现构件轻量化的重要途径。镁合金在室温下塑性差、难变形,塑性变形主要在加热下进行。镁合金温度敏感性高,旋压成形过程中容易产生各种缺陷,成形质量更加难以控制。此外,材料除轴向和径向流动外,还存在着较大的切向流动,导致成形过程中材料的流动变得极为复杂。因此,开展镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动规律研究,对于控制相关缺陷的产生、获得成形质量良好的带内筋筒形件具有重要的理论指导及生产实践意义。论文以镁合金带内筋筒形件为研究对象,基于COMSOL软件建立了旋前管坯电磁感应加热模型,通过试验验证了其可靠性,并研究了感应加热参数对管坯温度场分布的影响。结果表明:旋前管坯温度场呈现出外表面温度高、内表面温度低、外表面磁通密度大的总体特征;管坯最大表心温差随着电流频率、电流强度以及线圈匝数的增加而呈现出逐渐增大的趋势,随着线圈与管坯的间距的增大而呈现出逐渐减小的趋势;电流频率相比电流强度,对管坯温度场分布的影响更为显著;最优感应加热参数组合为:I=135A、f=10k Hz、T=300℃、d=2mm。基于ABAQUS建立了镁合金带内筋筒形件热强旋成形热力耦合模型,对成形过程中的多物理场进行了综合分析,探究了筋部、壁部的材料变形特点及流动规律,并研究了材料流动对成形过程的影响。结果表明:摩擦及变形热产生的升温作用强于热交换导致的降温作用。壁部变形大于筋部,壁部材料沿轴向和切向均伸长、沿径向压缩;筋部外层材料变形规律与壁部一致,内层材料沿径向和轴向伸长而沿切向压缩;材料变形呈现出周期性、不均匀性及不对称等特点;内筋的填充主要靠坯料内层材料沿径向的流入,内层材料沿径向流动的趋势由壁部到筋部逐渐增强,沿切向流动的趋势由壁部到筋部逐渐减缓,并且在内筋两侧处产生分流。材料流动容易造成筋高不均匀、筋背凹陷等缺陷产生。基于材料流变特点,研究了内筋结构(内筋形状、内筋个数)及减薄率对材料充填的影响规律。结果表明:相比矩形内筋,梯形内筋倾斜的壁腔更有利于材料沿径向流动充填形成内筋;内筋个数的增加,缩短了材料流动填充筋槽的距离,有利于材料径向填充形成内筋;随着减薄率的增加,平均筋高与减薄量的比值减小,增加相同高度的内筋需要更多填充材料。基于热强旋成形正交试验,利用极差分析和灰色关联度分析法研究了工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹陷率、内筋饱和度及筋高不均匀度的影响主次顺序,并得到了最优工艺参数组合。结果表明:各工艺参数对旋压件成形质量的综合影响主次顺序为:内筋个数>管坯壁厚>减薄率>成形温度>进给比,最优工艺参数组合为:N=12、t=8mm、ψ=70%、f=0.4mm/r、T=350℃。

关键词：镁合金感应加热带内筋筒形件热强旋材料流动

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难变形金属热强旋成形方法研究

难变形金属热强旋成形方法研究

作者：杜军华南理工大学

学位级别：硕士

难变形金属化学成分复杂、合金元素含量高、冷加工变形抗力大、成形性能差,其中镍基高温合金因具有较高的高温强度、良好的耐腐蚀、抗氧化性等综合性能,广泛应用于航空航天、船舶、燃气轮机、能源、化工和电工电子等复杂恶劣环境中。对... 详细信息

难变形金属化学成分复杂、合金元素含量高、冷加工变形抗力大、成形性能差,其中镍基高温合金因具有较高的高温强度、良好的耐腐蚀、抗氧化性等综合性能,广泛应用于航空航天、船舶、燃气轮机、能源、化工和电工电子等复杂恶劣环境中。对于应用于飞机发动机、燃气轮机燃烧室的镍基高温合金Haynes230合金筒形件的成形加工,现在采用的制造方法非常保守,一般采用板料卷制后焊接的方法加工Haynes230合金筒形件。近年来,随着热强旋成形技术在钛合金、镁合金等难变形金属材料成形方面的应用研究越来越多,成形工艺和加工技术得到不断发展。利用热强旋来加工难变形金属已表现出极大的优势,对推动高端核心装备先进成形技术的发展具有重要的科学意义和广阔的应用前景。本文主要以热强旋成形方法加工难变形金属Haynes230合金筒形件为研究内容,制定了合理的热强旋成形工艺方案,利用有限元仿真分析软件ABAQUS对热强旋成形过程进行了模拟,并对热强旋成形后的工件进行了成形精度分析和组织性能分析。本文主要研究内容和结论如下:1、根据材料的管坯尺寸、力学性能特性和强力旋压成形原理,制定了难变形金属Haynes230合金筒形件的热强旋成形工艺参数,包括道次减薄率、进给比和旋压温度等。针对热加工过程中常用的加热形式:火焰加热和感应加热,通过对比分析两种加热方式在温度均匀性、加热速度、温度可控性等方面的优缺点,选择高频感应加热方式对管坯进行加热,采用温控仪对加热温度进行控制。同时,旋前对芯模进行有效的预热,大大减少了坯料对芯模的传热,使坯料温度分布较均匀。2、根据强力旋压成形原理,考虑温度对成形过程的影响,设计出热强旋所需的工装,对HGQX-LS立式热强旋旋压机床进行了适当的改造,配置了测温仪、温控仪和高频感应加热设备,为热强旋试验的顺利进行奠定了基础。3、利用课题组获得的材料高温本构模型,借助有限元数值模拟软件ABAQUS对热强旋成形过程进行了有限元数值模拟,得到了热强旋温度和进给比对旋压成形过程的影响规律,为后续试验提供了重要的参考依据。4、对旋压件壁厚偏差、直线度、椭圆度进行了分析,由于材料的热胀冷缩、材料的回弹和机床的退让,热强旋后的工件精度变差;原始坯料的表面质量对热旋后工件的表面质量影响较大;同时,合适的进给比是获得良好表面质量工件的重要条件。5、对热强旋工件进行了力学性能试验,热强旋后工件的强度大大增加,加工硬化非常明显。分析了不同温度下旋压件的显微组织,与冷旋一样,旋压件的显微组织为纤维组织,且随旋压温度的升高,显微组织中的再结晶晶粒越来越多,旋压件的强度随旋压温度的升高呈现出下降的趋势。

关键词：难变形金属热强旋筒形件成形精度组织性能