銅鋁復(fù)合管材滾珠旋壓成形工藝及數(shù)值模擬研究.pdf

1、異種金屬復(fù)合管材具有普通金屬及合金管材所不具備的優(yōu)良的綜合性能，基材具有較高的強(qiáng)度或韌性，覆材具有良好的耐磨性、耐腐蝕性或其他的特殊性能，兩種管材結(jié)合在一起，使得異種金屬復(fù)合管材可以被應(yīng)用于很多條件較為惡劣的環(huán)境下，例如石油、天然氣的輸送、醫(yī)療、核工業(yè)等方面。異種金屬復(fù)合管按照界面結(jié)合類型可以分為兩類，一類是采用冶金方法生產(chǎn)出來的界面為冶金結(jié)合的異種金屬復(fù)合管，另外一類是采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)出來的界面為機(jī)械結(jié)合的異種金屬復(fù)合管，與冶金結(jié)

2、合的復(fù)合管相比，機(jī)械結(jié)合的復(fù)合管工藝簡(jiǎn)單、效率較高，但是界面結(jié)合強(qiáng)度較低、應(yīng)用范圍窄。因而需要一種高效的產(chǎn)品質(zhì)量好的機(jī)械加工方法來生產(chǎn)異種金屬復(fù)合管。滾珠旋壓是強(qiáng)力旋壓的一種，屬于多點(diǎn)局部塑形成形工藝，一般用來生產(chǎn)高精度薄壁管材，是加工成形高質(zhì)量異種金屬復(fù)合管材的理想工藝。但是異種金屬復(fù)合管成形過程中內(nèi)外管的變形較為復(fù)雜，需要進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析。本文將有限元模擬與工藝試驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)地分析了銅鋁異種金屬復(fù)合管滾珠旋壓成形的變形規(guī)律。

3、r>　　本文以金屬塑性力學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用上限法分析了異種金屬復(fù)合管滾珠旋壓過程中內(nèi)外管的協(xié)調(diào)變形情況，對(duì)內(nèi)外層管坯分別進(jìn)行分析，建立了運(yùn)動(dòng)許可速度場(chǎng)，根據(jù)小應(yīng)變幾何方程求得內(nèi)外層管坯變形區(qū)的應(yīng)變速率，根據(jù)圣維南流動(dòng)方程求得變形區(qū)的塑性變形規(guī)律，然后根據(jù)變形區(qū)速度間斷面上的速度間斷值求得速度間斷面上的功率消耗，同時(shí)求出變形區(qū)的變形以及摩擦所消耗的功率，從而得到了復(fù)合管滾珠旋壓過程中內(nèi)外層管協(xié)調(diào)變形條件；基于塑性屈服準(zhǔn)則，提出了復(fù)合管滾珠旋壓

4、成形的塑性屈服條件；同時(shí)提出了復(fù)合管滾珠旋壓成形金屬穩(wěn)定流動(dòng)條件。
　　以剛塑性有限元法為基礎(chǔ)，采用 DEFORM軟件對(duì)等壁厚銅鋁復(fù)合管材滾珠旋壓成形性進(jìn)行了模擬，分別分析了不同的減薄量(0.2mm、0.4mm和0.6mm)、滾珠直徑（16mm、18mm和20mm）、摩擦系數(shù)（0.4、0.6和0.8）、進(jìn)給比(0.4mm/r、0.6mm/r和0.8mm/r)以及內(nèi)外管材的不同復(fù)合形式對(duì)異種金屬復(fù)合管材成形規(guī)律的影響。有限元模擬結(jié)果

5、表明，增大減薄量，有利于內(nèi)外層管的塑性變形；增大滾珠直徑，有利于復(fù)合管表面金屬材料的穩(wěn)定流動(dòng)；增大摩擦系數(shù)，有利于內(nèi)外層管的協(xié)調(diào)變形；然而，進(jìn)給比對(duì)復(fù)合管塑性成形應(yīng)力應(yīng)變值似乎影響不大。
　　自行設(shè)計(jì)了銅鋁復(fù)合管材反向滾珠旋試驗(yàn)工裝，制備了等壁厚的外鋁內(nèi)銅和內(nèi)鋁外銅復(fù)合管坯，針對(duì)不同的減薄量、不同的滾珠直徑和不同的進(jìn)給比進(jìn)行了銅鋁復(fù)合管反向滾珠旋壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與有限元模擬結(jié)果保持了很好的一致性。試驗(yàn)結(jié)果表明，滾珠旋壓成形的外鋁內(nèi)