az31_aa5083双金属方盒件气压胀形-冷缩结合工艺研究

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1、硕士学位论文AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形-冷缩结合工艺研究RESEARCHONGASBLOWFORMING-COOLINGCONTRACTIONBONDINGTECHNOLOGYOFAZ31/AA5083BIMETALSQUAREBOX李骁哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG306学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形-冷缩结合工艺研究硕士研究生：李骁导师：王刚副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位

2、：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TG306U.D.C：621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONGASBLOWFORMING-COOLINGCONTRACTIONBONDINGTECHNOLOGYOFAZ31/AA5083BIMETALSQUAREBOXCandidate:LiXiaoSupervisor:Prof.WangGangAcademicDegreeAppl

3、iedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialProcessingEngineeringSchoolofMaterialScienceandAffiliation:EngineeringDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超塑气压胀形是超塑性领域中的典型应用，但两种合金板材同步气压胀形并通过冷缩而结合很少有人

4、进行研究。本课题针对AZ31镁板和AA5083铝板在热胀冷缩能力上的差异性，完成了双金属方盒件先气胀成形后冷缩结合的组合工艺，从有限元模拟和实验两方面对双金属方盒件的气胀-冷缩结合工艺进行了深入探讨。借助MSC.Marc通用有限元软件分别开展了结构场和热场的模拟。整个胀形过程可分为三个阶段：自由胀形，底部贴模和充填圆角阶段，各阶段下，板材厚度减薄最严重的区域从拱顶逐渐转移至方盒件面与面相交的圆角处，最终底面圆角和拐角处减薄率为58.83%和60.18%；并借助不同模型分析了不同方盒边长和深度之比下的壁厚分布

5、情况，模拟厚度值与实验值的最大相对误差为10.92%，方盒件的最小壁厚值及其出现的位置由其贴模程度和模具型腔尺寸共同决定，当边长/深度比为2.30时，底面圆角和拐角半径为7.21mm和9.18mm，成形度较好。热场模拟结果表明：原始半径为45mm，厚度分别为1.0mm的AZ31/AA5083双金属板从435oC的成形温度空冷至室温大约需要8min。厚度均为1.0mm的AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形实验结果表明，边长56mm、深度20mm的方盒件的适宜成形温度为435oC，加压方式为阶跃式加压法，

6、初始气压1.00MPa，终了气压2.00MPa，每10min加压0.25MPa；成形时间为2700s，最高应变速率模拟范围为2.259E-4~3.808E-4s-1，该组工艺参数可使AZ31和AA5083塑性匹配、变形协调，得到底面圆角和拐角半径为5.1mm和9.4mm的方盒件；各工艺参数值是通过对方盒件的成形度来影响厚度分布的；AZ31镁合金成形后晶粒出现粗化现象，变形量最大处的晶粒尺寸较原始晶粒增幅约1.78倍，而较静态退火下增幅约67%，此现象认为是有变形诱发晶粒长大效应作用的结果。总厚度均为1.6m

7、m等厚度的AA5083单双层板对比实验结果表明，双层板的塑性低于同厚度下的单层板，板间间隙起到关键影响。双金属方盒件的板间结合程度是衡量气胀-冷缩结合工艺性能的重要指标。为此通过有限元模拟和理论推导得出方盒件板间接触力大小：方盒件侧壁处的接触力模拟值范围约为32~51MPa，底部约为24~48MPa，理论估算值约为42.878MPa。针对冷缩阶段可能出现的失稳现象，推导得出直径为80mm的双I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文金属筒形件中内层板凸起的临界压应力约为24.75MPa，而本课题方盒件的临界压应力约为

8、84.76MPa。关键词：双金属方盒件；复合结构；气压胀形；冷缩结合；失稳分析II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSuperplasticgasblowformingisthetypicalapplicationinthefieldofsuperplasticformingtechnology.Interferencefitprocesshasbecomethemainwayofshaftcoupl