離散粉體充填薄壁管的高頻振動輔助擠壓變形行為研究.pdf

1、離散粉體充填薄壁管的高頻振動輔助擠壓變形行為研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：劉清指導(dǎo)教師：溫彤副教授學(xué)位類別：工程碩士（材料工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二O一六年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要在機械制造以及建筑等領(lǐng)域，常常涉及內(nèi)部填充離散介質(zhì)的薄壁中空型材的變形問題，如超導(dǎo)線材的PIT制備、管材固體顆粒介質(zhì)成形等。這類復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體變形是一個多因素耦合作用的復(fù)雜力學(xué)過程，涉及管坯自身的彈塑性變形、內(nèi)腔粉體或

2、顆粒的流動與變形，以及粉體與管壁的相互作用等，目前對這類問題的認(rèn)識還十分有限，實踐中也缺乏有效的理論指導(dǎo)。例如，在超導(dǎo)材料制備時，常常由于工藝參數(shù)的選擇不合理而造成斷裂等失效。已有研究表明，將振動施加到包括超導(dǎo)材料PIT制備等各種材料成形過程中，可以顯著提高成品率和質(zhì)量。為此，本文研究了準(zhǔn)靜態(tài)和振動狀態(tài)下粉體填充金屬管的正擠壓變形，重點分析了載荷、整體變形特征、成形后的粉體密度與均勻性等問題。主要工作與結(jié)論如下：（1）利用物理實驗、解析

3、分析和數(shù)值模擬，分析了薄壁管準(zhǔn)靜態(tài)擠壓和拉拔過程中管坯內(nèi)腔容積的變化。結(jié)果表明，在薄壁管的擠壓、拉拔等“縮徑類”變形過程中，在內(nèi)徑減小、軸向長度增加以及壁厚變化等方面的綜合影響下，管坯內(nèi)腔的容積會減小，且減小程度與模具錐角、摩擦、擠壓比、相對壁厚和材料特性有關(guān)；管內(nèi)容積的減小，使得粉體受到較大的三軸壓力（靜水壓力），從而促進(jìn)粉體的致密化。（2）研究了充填鐵粉、鋼球兩種不同離散介質(zhì)的鋁合金薄壁管，在不同摩擦條件下正擠壓的變形特征，發(fā)現(xiàn)：充

4、填物使得鋁合金薄壁管的正擠壓力增加，但充填顆粒度較大鋼球顆粒的管坯，擠壓力－行程曲線有較明顯的跳躍；三向壓力使粉體致密，靜水壓力和相對密度間存在正比例的對應(yīng)關(guān)系；應(yīng)力三軸度可反映粉體擠壓過程的受力狀態(tài)，與粉體相對密度有一定對應(yīng)關(guān)系；擠壓后的壓實粉體的顯微硬度測試表明，密度分布存在不均勻性，自錐面處向下粉體相對密度先增加后減?。还芘鞑牧系暮裣虍愋灾笖?shù)對內(nèi)部粉體的致密有一定影響。（3）利用改裝直剪儀，測試了高頻激振下氧化鐵粉與鉻鉬合金鑄鋼球

5、的摩擦角，表明振動有助于粉體的流動，使得動態(tài)摩擦角降低，且氧化鐵粉摩擦角比鉻鉬合金鑄鋼球摩擦角降低更多；振動擠壓數(shù)值模擬表明，不論是管坯與模具間還是粉體與管坯間，動態(tài)擠壓的摩擦應(yīng)力遠(yuǎn)小于準(zhǔn)靜態(tài)擠壓；準(zhǔn)靜態(tài)正擠壓在變形初期靜水壓力增加較慢，而動態(tài)正擠壓開始后靜水壓力就迅速增大；與準(zhǔn)靜態(tài)擠壓相比，加載超聲振動的粉體靜水壓力更大。（4）由于振動“體積效應(yīng)”和“表面效應(yīng)”共同作用的結(jié)果，使得離散體充填管的擠壓載荷下降，且振幅越大、載荷降低越多。