金属复合管强力旋压工艺研究

摘要

近年来,综合性能优异的双金属复合管在输送管道、热交换器管道和医疗器械管等领域得到了广泛应用。金属复合管的加工工艺多种多样,但各种工艺都有一定的适用范围。强力旋压工艺作为一种低成本、低载荷、高效率的塑性加工工艺,在制备高性能要求的双金属复合管方面具有巨大潜力。然而,目前关于双层金属复合旋压成形的的理论和工艺研究较少,难以对金属复合管的成形工艺提供有效指导。
　　本文采用有限元模拟、理论和实验研究相结合的方法研究了金属复合管的旋压工艺。首先对单层管强力旋压过程进行了分析,研究了正旋和反旋两种工艺中金属的变形特点;分析对比了双层金属复合管的正旋和反旋工艺,认为正旋工艺更适合于制备金属复合管;通过对接触区不同区域金属界面的受力分析,结合固相结合理论,分析了旋压过程对金属界面结合的影响;初步选择了实验材料,测试分析了实验材料的力学性能。
　　采用ABAQUS有限元软件模拟了单层管的强力旋压过程,分析了单层管中金属的变形特点和不同工艺参数对其成形效果的影响;模拟了Al/Al复合管坯的装配过程,分析计算得到了管坯双层金属界面上的径向正压力;模拟了Al/Al复合管的强力旋压过程,分析了复合管旋压过程中存在的变形不协调和界面结合差的问题,进一步研究了实验温度、减薄率和管坯界面间正压力大小对零件成形性能的影响。
　　通过实验研究了Al/Al复合管的旋压工艺,分析了实验温度、减薄率和坯料壁厚对复合管成形效果的影响;进一步研究了Al/Al复合管的多道次旋压工艺,分析了低温长时间退火对复合管成形效果的影响;通过观察金属界面的微观形貌,分析了旋压过程中金属界面的变形机制;通过金相试验,研究了金属变形前后组织的变化。
　　采用了5组实验方案进行 Cu/Al复合管的旋压实验,实验过程中采用了红外热成像仪对坯料和模具温度进行实时监控;根据实验结果,分析了内外金属的变形协调性和界面结合情况;通过力学性能测试、对比了各方案 Cu/Al复合管的界面结合强度;通过对双金属界面微观形貌的观察,从结构上分析了引起界面结合强度差别的原因。

目录

摘 要

Abstract

绪 论

1.1 引言

1.2 双金属复合管特点及其应用现状

1.3 双金属复合管成形工艺及相关理论研究进展

1.3.1 双金属复合管成形工艺研究进展

1.3.2 强力旋压金属变形理论研究进展

1.3.3 双金属固相结合理论工艺研究及其进展

1.4 双金属复合管的强力旋压制备工艺研究现状

第2章 金属复合管旋压成形工艺性分析

2.1 引言

2.2 单层管强力旋压金属变形特点

2.3 双金属复合管强力旋压工艺方案研究

2.4 双金属复合管强力旋压过程界面结合机制及力学分析

2.5 实验材料选择及其力学性能分析

2.5.1 实验材料的选择

2.5.2 拉伸实验结果及分析

2.6 本章小结

第3章 金属管强力旋压过程有限元模拟

3.1 引言

3.2 ABAQUS有限元模拟软件及相关设置

3.2.1 软件简介

3.2.2 材料模型的建立

3.2.3 边界条件及其它设置

3.3 单层管强力旋压有限元模拟

3.3.1 有限元模型的建立

3.3.2 单层管的正旋和反旋有限元模拟结果比较

3.3.3 正旋过程管坯接触区轴向切应力分布

3.3.4 减薄率对单层管成形效果的影响

3.3.5 进给比对单层管成形效果的影响

3.3.6 成形角对单层管成形效果的影响

3.4 Al/Al复合管坯装配过程有限元模拟

3.4.1 有限元模型的建立

3.4.2 模拟结果分析

3.4.3 Al/Al复合管坯界面应力模拟分析

3.5 Al/Al复合管正旋过程有限元模拟

3.5.1 有限元模型的建立

3.5.2 Al/Al复合管正旋过程变形规律模拟结果分析

3.5.3 不同实验温度下Al/Al复合管旋压过程模拟结果分析

3.5.4 不同减薄率下Al/Al复合管旋压过程模拟结果分析

3.5.5 Al/Al复合管管坯界面间正压力大小对成形性能的影响

3.6 本章小结

第4章 Al/Al复合管旋压实验研究

4.1 引言

4.2 Al/Al复合管强力旋压实验方案

4.3 试验条件

4.3.1 实验设备及模具加热

4.3.2 坯料及轮滑剂

4.4 实验分析方法

4.4.1 双金属界面力学性能测试方法

4.4.2 低倍组织观察及界面形貌分析方法

4.5 一道次正旋实验结果分析

4.5.1 实验温度对Al/Al复合管成形效果的影响

4.5.2 减薄率对Al/Al复合管成形效果的影响

4.5.3 壁厚分布对Al/Al复合管成形效果的影响

4.6 多道次旋压工艺研究

4.6.1 多道次旋压对Al/Al复合管成形性能的影响

4.6.2 多道次旋压之间低温长时间退火对Al/Al复合管成形性能的影响

4.6.3 多道次旋压Al/Al复合管金属界面微观变形机制研究

4.7 强力旋压工艺对Al/Al复合管组织的影响

4.7.1 未发生变形的材料组织结构

4.7.2 不同加工温度下零件组织

4.7.3 不同变形量零件组织对比

4.8 本章小结

第5章 Cu/Al双金属复合管旋压实验研究

5.1 引言

5.2 实验方案研究

5.3 强力旋压过程的实验温度控制

5.4 Cu/Al双金属复合管旋压实验结果分析

5.4.1 Cu/Al双层管变形协调性及界面结合强度分析

5.4.2 Cu/Al双金属拉伸试样剪切断口形貌分析

5.4.3 Cu/Al复合管双金属界面形貌分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢