Microstructure Distribution Characteristics of High-Strength Aluminum Alloy Thin-Walled Tubes during Multi-Passes Hot Power Backward Spinning Process

The microstructure of the thin-walled tubes with high-strength aluminum alloy determines their final forming quality and performance. This type of tube can be manufactured by multi-pass hot power backward spinning process as it can eliminate casting defects, refine microstructure and improve the plasticity of the tube. To analyze the microstructure distribution characteristics of the tube during the spinning process, a 3D coupled thermo-mechanical FE model coupled with the microstructure evolution model of the process was established under the ABAQUS environment. The microstructure evolution characteristics and laws of the tube for the whole spinning process were analyzed. The results show that the dynamic recrystallization is mainly produced in the spinning deformation zone and root area of the tube. In the first pass, the dynamic recrystallization phenomenon is not obvious in the tube. With the pass increasing, the trend of dynamic recrystallization volume percentage gradually increases and extends from the outer surface of the tube to the inner surface. The fine-grained area shows the states of concentration, dispersion, and re-concentration as the pass number increases. .

铸造铝合金筒形件强力热反旋减薄率对喇叭口(缺陷)的影响

基于ABAQUS/Explicit有限元平台对7075铸造铝合金筒形件强力热反旋成形进行数值模拟,分析减薄率、预热温度对筒形件旋压成形过程中喇叭口缺陷的影响。结果表明,减薄率为20%、预热温度为300℃时,工件壁厚减薄均匀且内壁保持贴模;减薄率为30%、预热温度为325℃时,工件出现明显的喇叭口现象,扩径度最大,达5.35%。综合分析表明,最佳工艺参数为减薄率20%、预热温度300℃。

摩擦对铸态铝合金筒形件多道次强力热反旋鼓包的影响

铸态铝合金筒坯与模具接触摩擦是导致筒形件多道次强力热反旋成形不均匀变形的主要因素之一,在很大程度上决定着筒形件旋压过程中鼓包等缺陷的控制与消除。文章基于ABAQUS/Explicit有限元平台建立了该成形过程可靠的三维热力耦合有限元模型,分析了多道次强力热反旋成形中摩擦对鼓包的影响规律和作用机理。结果表明,随着旋轮与毛坯件间摩擦系数的增大,第一道次、第二道次和第三道次筒形件鼓包高度变化程度小,只有微小的减小,第四道次先减小后增大;随着芯模与筒形件间摩擦系数的增大,第一、二、三、四道次鼓包高度先减小后增大。研究结果为铸态铝合金筒形件强力热反旋成形极限中摩擦的选择提供依据。

铸态高强铝合金筒形件强力热反旋显微组织演化

针对铸态7075铝合金筒形件进行多道次强力热反旋实验。结合显微组织分析和晶粒尺寸测试实验,研究了工艺参数对显微组织的演化规律。结果表明,原始坯料晶粒粗大,但分布均匀;旋压变形后,晶粒变细,共晶相组织分布不均匀;随着第4道次压下量的增加,筒形件晶粒越细;随着筒形件预热温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大;当芯模转速从100 r·min^(-1)增至200 r·min^(-1)时,其晶粒尺寸减小的幅度比芯模转速从200 r·min^(-1)增至300 r·min^(-1)时略大;进给速度在60 mm·min^(-1)到100 mm·min^(-1)范围内,晶粒尺寸在前半段减小的幅度比后半段减小的幅度略小;随着摩擦系数的增加,晶粒尺寸逐渐增大。

加载条件对铸态7075铝合金筒形件强力热反旋鼓包的影响

基于ABAQUS/Explicit平台,建立了铸态7075铝合金筒形件强力热反旋成形过程的三维热力耦合有限元模型,并通过实验验证了模型的可靠性。在此基础上,研究了芯模转速、旋轮的进给速度和减薄率对筒形件鼓包高度的影响,揭示了其作用机理。结果表明,随着芯模转速的增大,第1道次的鼓包高度逐渐减小,第2和第3道次的鼓包高度先轻微减小后缓慢增加,第4道次鼓包高度急速增加;随着旋轮进给速度的增大,第1道次的鼓包高度先增大后减小,第2和第3道次的鼓包高度逐渐增大,而第4道次的鼓包高度先增大后减小;随着减薄率的增大,各道次的鼓包高度都基本表现为逐渐增长的趋势。进而基于正交实验优化设计,获得了各道次芯模转速、旋轮进给速度和减薄率的最优值,即第1～2道次、第3道次、第4道次芯模转速分别为2.5、1.5和2.0 r·s-1,各道次的旋轮进给速度推荐取值为0.8 mm·s-1,前3道次的减薄率推荐取值为25.7%,第4道次的减薄率为28%。

工艺参数对铝合金筒形件强力热反旋椭圆度的影响显著性分析

椭圆是影响铸态7075铝合金筒形件强力热反旋成形质量的主要缺陷之一。基于ABAQUS／Explicit平台建立了铸态7075铝合金筒形件多道次强力热反旋有限元模型，并试验验证了模型的可靠性。分析了工艺参数对筒形件多道次强力热反旋成形椭圆度的影响规律，进而基于正交试验法，研究了工艺参数对筒形件椭圆度影响的显著性。结果表明：第1和第2道次，芯模与筒形件间摩擦对筒形件椭圆度是显著影响因素；第3道次，旋轮与筒形件间摩擦对筒形件椭圆度是显著影响因素；第4道次，芯模转速对筒形件椭圆度是显著影响因素；并且通过直观分析得出各道次最优工艺参数组合。

芯模转速对铸态7075铝合金强力热反旋筒形件壁厚分布的影响

针对铸态7075铝合金常温下加工塑性较差、晶粒粗大、变形抗力大的特性,本文建立了其强力热反旋成形的三维热力耦合有限元模型。基于ABAQUS/Explicit平台对其成形过程进行了强力热反旋成形数值模拟,并通过试验验证了模型的可靠性。在此基础上,研究了芯模转速对筒形件壁厚不均匀分布的影响,并揭示了相关作用机理。结果表明,强力热反旋是成形铸态7075铝合金薄壁筒形件行之有效的方法之一,当第1、3道次的芯模转速为2 r/s时,壁厚不均匀度取得最小值;第2、4道次的壁厚不均匀度随芯模转速增大而增大。

铸态铝合金筒形件强力热反旋的显微组织及硬度

对铸态7075铝合金筒形件进行了多道次强力热反旋试验。通过硬度测试研究了工艺参数对铝合金显微组织和显微硬度的影响。结果表明,旋压变形后,晶内或晶界处黑色块状和细小的点状组织分布不均匀。随着第4道次压下量的增加,平均显微硬度先升高后下降。随着筒形件预热温度的升高或旋轮进给速度的增大,平均显微硬度先快速升高后缓慢下降。随着芯模转速的增大,平均显微硬度先缓慢升高后缓慢下降。涂抹石墨时筒形件的平均显微硬度比涂抹MoS_2时平均显微硬度略高。

铸态高强铝合金筒形件强力热反旋损伤特征FE仿真分析

基于铸态7075铝合金的材料特性,建立了耦合温度和应变率、考虑材料拉压异性的Lemaitre损伤模型。通过VUMAT子程序接口,将开发的损伤模型子程序引入到ABAQUS/Explicit有限元平台中,建立了可靠的铸态7075铝合金筒形件强力热反旋损伤预测有限元模型。基于该模型分析了旋压过程中损伤的演化特征。研究结果可为该成形过程的断裂预测和控制提供指导。

7075铝合金筒形件强力热反旋扩径的预测与控制

采用有限元仿真方法并结合实验研究了工艺参数对7075铝合金筒形件强力热反旋过程中扩径度的影响,实现了对扩径度的预测。基于正交实验法,分析了工艺参数对扩径度影响的显著性。结果表明:第1道次参数对扩径度影响的显著性顺序为:工件与芯轴间摩擦>旋轮与工件间摩擦>芯轴转速>减薄量>工件预热温度>进给速度;第2道次为:工件与芯轴间摩擦>旋轮与工件间摩擦>芯轴转速>进给速度>减薄量>工件预热温度;第3道次为:旋轮与工件间摩擦>工件与芯轴间摩擦>进给速度>芯轴转速>减薄量>工件预热温度;第4道次为:工件与芯轴间摩擦>旋轮与工件间摩擦>工件预热温度>进给速度>减薄量>芯轴转速。获得了各道次最佳工艺参数组合,提出了控制扩径的有效方法。

难变形薄壁筒形件强力旋压组织演化研究进展

难变形材料薄壁筒形件强力旋压是一个涉及多场、多因素和多道次的复杂成形过程,导致材料在成形过程中微观组织演化历程复杂,而筒形件的微观组织决定了其服役性能。因此,研究难变形材料薄壁筒形件强力旋压微观组织演变机制与调控对实现该薄壁件组织性能一体化控制具有重要意义。从试验、宏观和微观尺度仿真和缺陷分析等方面,综述难变形材料筒形件强力旋压成形微观组织演变的国内外研究现状,并阐述目前存在的问题和发展方向。