筋板件筋部充填机理及缺陷研究

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1、工学硕士学位论文筋板件筋部充填机理及缺陷研究RESEARCHONRULESOFRIBCAVITYFILLANDDEFECTSOFWEB-RIBPARTS齐晗哈尔滨工业大学2010年7月中图分类号：TG306学校代码：10213UDC:621.774.8密级：公开工学硕士学位论文筋板件筋部充填机理及缺陷研究硕士研究生：齐晗导师：单德彬教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料科学与工程学院所在单位：材料加工工程系答辩日期：2010年7月2日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG306U.D.C.:

2、621.774.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONRULESOFRIBCAVITYFILLANDDEFECTSOFWEB-RIBPARTSCandidate：QiHanSupervisor：Prof.ShanDebinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSc

3、i.&Eng.DateofDefence：July,2010University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，随着新型飞机、导弹、舰船和汽车等向小型化、轻量化、精密化、高性能和低成本的方向发展，薄腹板、高筋类构件以其重量轻、占用空间小等优点受到青睐。随着筋板类构件的广泛应用，寻找一种既能保证构件使用性能，又能节约成本、提高生产效率的加工方法成为迫切需要解决的问题。此类构件形状复杂，型腔难以充填，成形载荷大，很难采用传统工艺进行加工。等温精密模锻技术为

4、此类构件的加工提供了一条重要途径。但要实现大型薄腹高筋类构件成形的精确控制，就必须揭示等温成形工艺下此类构件的塑性加工金属流动规律及缺陷形成机理。本文由复杂筋板类构件抽象出交叉筋和双筋构件两类典型模型，以LD10铝合金材料为研究对象，对其等温成形过程进行了数值模拟和实验研究，分析了此类构件的金属充填行为及缺陷形成机理。研究结果表明交叉筋等温成形过程可划分为初始阶段、型腔充填阶段和飞边成形阶段三个典型时期，根据筋部各区域的应力应变变化趋势可对型腔充填阶段的金属变形区域进行划分；十字交叉筋等温成形过程中，交叉点位置的金属

5、充填速度最快，边缘位置的金属因受摩擦影响，产生向内侧充填的趋势，端部补料不足最终形成内凹现象；在满足设计要求的前提下应尽量选择较大的圆角半径；拔模斜度对成形载荷和型腔充填程度的影响均存在一个峰值，起到先促进后削弱的作用；交叉筋中心偏距的值越大，金属在充填型腔的过程中腹板及筋部的流动速度差异越明显，造成腹板及长、短筋的充填效果差距越大，产生折叠缺陷的可能性越大。对于双筋构件，圆角半径越小，圆角处金属充填型腔时，转动半径越小，圆角处的流线分布越不均匀；而圆角半径越大，腹板下层金属的变形量越大，流线分布越顺畅。圆角半径越小

6、，腹板上方金属的变形量越大，腹板两侧金属形成汇流，因补料不足产生折叠缺陷的可能性越大。筋间距增大，筋部金属变形量最大的区域外移，成形后期金属横向流动越明显，越容易导致筋根部的流线切断。分析了双筋、交叉筋构件的折叠缺陷演变机理，针对交叉筋构件折叠缺-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文陷的形成原因设计了背压成形方法和增加预锻的成形手段，通过数值模拟与实验验证两种方法可以有效控制金属流动，预防折叠缺陷的形成。关键词筋板类构件；等温成形；充填行为；折叠缺陷-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecent

7、years,withthenewtypeaircrafts,missiles,shipsandautomobilesdevelopingtobesmall,lightweight,precision,highperformanceandlow-cost,thin-web,high-ribpartsarefavoredbecauseofitslightweightandsmallfootprint.Withtheweb-ribpartsusedmoreandmorewidely,findingaprocessingme

8、thodwhichcanguaranteeperformance,savecostsandimproveproductionefficiencyisanurgentproblemtobesolved.Owingtothecomplexshape,baddegreeofcavityfillingandlargeformingload,suchpa