内环筋直筒件旋转挤压成形损伤开裂机制研究

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1、图书分类号____________________________________TG376密级__________________非密注1UDC________________________________________________________________硕士学位论文内环筋直筒件旋转挤压成形损伤开裂机制研究雷煜东校内指导教师（姓名、职称）____________________________________王强教授申请学位级别______________________________硕士所在

2、领域（研究方向）______________________材料科学与工程论文提交日期________2018年______04月______10日论文答辩日期________2018年______05月______28日学位授予日期________2018年______月______日论文评阅人_______________________________________李国俊教授级高级工程师答辩委员会主席_______________________梁伟教授2018年05月31日注1：注明《国际十进分类法UD

3、C》的分类中北大学学位论文中北大学学位论文内环筋直筒件旋转挤压成形损伤开裂机制研究摘要镁合金内环筋直筒件作为典型轻质轻体结构件，广泛用于航天、航空领域，该类构件通常采用传统焊接、铸造、切削加工等方法，但这些制造方法存在力学性能低、筋部承载能力差、废品率高等缺点。因此，针对该类构件提出了旋转挤压技术以实现其整体塑性成形。然而旋转挤压成形中，损伤开裂直接决定工艺成败和构件成形质量，是该工艺重要的研究方向之一，所以将准确描述旋转挤压成形中损伤开裂情况作为本课题研究目标。本文以AZ31镁合金为实验材料，研究该材料在旋转挤

4、压成形中的损伤演变规律，研究内容主要有以下四个方面：采用热扭转Gleeble3500试验机和Deform-3D模拟软件，进行相应的物理试验和数值分析，确定NormalizedC&L韧性断裂准则适用AZ31镁合金旋转挤压成形中损伤情-1况，经过有效试验和预测结果对比，在变形温度320℃～400℃、应变速率0.01～1s条件下，材料的临界损伤值在1.659～2.289范围内变化。利用Deform-3D有限元分析软件，构建数值分析模型，选定摩擦系数、轴向挤压速度、径向挤压速度、转速、挤压温度五个因素，设计正交试验共25

5、组，对AZ31镁合金内环筋直筒件在旋转挤压成形过程进行研究。旋转挤压过程中，内环筋直筒件筋部区域损伤分布不均匀，且内环筋部上端损伤因子较大；薄壁内侧与内环筋上等效应变量大，有利于该区域的金属晶粒细化，构件整体性能得到了提升；根据渐开式凸模分模直角面结构，在凹模旋转过程可能产生飞边。通过有限元模拟对裂纹缺陷进行分析，确定裂纹损伤源位置，裂纹缺陷分布于内环筋壳体筋部上端，且损伤源位置位于坯料内侧。分析多参数对旋转挤压损伤分布及等效应变的影响规律，并结合实际情况，对影响因素进行显著性排序，并确定最优工艺参数。根据影响因

6、素显著性排序，分析径向旋转挤压成形对构件的损伤影响不大，并重点讨论轴向挤压速度Vz和凸模圆角半径R对损伤演变的影响规律，建立了内环筋直筒件旋转挤压成形极限图。结果表明：凸模圆角R较小时，对材料塑性变形影响较大，损伤因子较高；在Vz=5mm/s、凸模圆角半径R=8mm时，AZ31合金内环筋直筒件旋转挤压成形性能较好，满足旋转挤压成形要求。中北大学学位论文在上述研究基础上，对AZ31合金内环筋直筒件进行旋转挤压试验，对挤压构件部分区域进行显微组织观察和性能测试。结果表明：筋部区域晶粒得到明显细化，通过压弯实验，得到旋

7、转挤压内环筋直筒件筋部性能优于机加构件筋部性能；内环筋部分区域出现裂纹，数值分析结果得到证实，为旋转挤压成形裂纹分析提供了帮助。关键词：旋转挤压，有限元模拟，韧性断裂，裂纹缺陷中北大学学位论文StudyontheMechanismofDamageDefectsinRotaryExtrusionProcessofInnerRingCylinderAbstractTheinnershellofmagnesiumalloyasatypicallightalloystructureiswidelyusedinaerosp

8、aceandaviationfields.Suchcomponentsusuallyadopttraditionalmethodssuchaswelding,casting,andcutting.butthesemanufacturingmethodshavemanydisadvantages:lowmechanicalproperties,poorloadbearing