镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量及参数优化

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。

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

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。

带内筋筒形件强力旋压成形试验研究

通过选取不同的壁厚减薄率和旋轮进给比作为工艺参数,利用双旋轮强力旋压机对带内筋筒形件作旋压加工实验。根据实验结果分析了各种生产缺陷产生的原因,并提出了一定的解决办法,从而为减少大规模生产的经济损失,生产出合格的工件提供了理论和实践依据。

镁合金带内筋筒形件热强旋成形织构演变

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。

镁合金带内筋筒形件热强旋织构演变模型构建

镁合金塑性变形过程中易形成织构,带内筋筒形件热强旋成形时的热变形、内筋结构等对织构的影响规律复杂。通过宏观成形模拟获得材料的热强旋变形场信息,采用插值算法及宏-细观耦合方法构建织构演变模型,研究镁合金带内筋筒形件热强旋过程中的织构演变,探讨旋压件壁部及筋部变形织构的差异。结果表明,热强旋过程中坯料的基面板织构将逐渐转变为旋压件的基面纤维织构,且晶粒c轴将由平行于管坯切向朝平行于旋压件径向偏转,壁部相比筋部晶粒具有更大的偏转角度;以最大织构强度位置的偏转角度及极图中最大极密度作为评价指标进行模型可靠性分析,壁部及筋部预测值与试验值的相对误差均小于10%,所构建的宏-细观耦合模型准确地预测了织构类型及强度的转变。

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

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。