航天用镁合金锥壳内环筋构件挤压成形工艺研究

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随着航空航天技术的发展,对轻合金复杂整体构件的需求越来越强烈。本文研究对象为整体成形难度较大的航天用某大型锥壳内环筋构件,材料为Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金,针对此内环筋构件制定了锥壳省力挤压成形工艺,设计配套模具并进行了实验验证。主要做了以下几方面的工作:首先,应用Gleeble-1500热模拟试验机,对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金流变性能进行了系统的研究。应用Johnson-Cook本构模型计算得到Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr镁合金的Johnson-Cook本构方程为:其次,基于Deform-3D有限元分析软件,通过数值模拟制定了本文要成形的大型锥壳内环筋构件锥壳的省力挤压成形工艺,重点分析了预成形坯料底厚和凸模上部锥度对成形过程中挤压力的影响。提出了内环筋斜锲加载挤压成形新工艺。针对内筋成形过程中关键模具分瓣模,设计了三种不同结构的分瓣模,通过数值模拟确定了最佳分瓣模结构,在选定分瓣模结构的基础上分析了分瓣模圆角半径和倾斜角对内筋成形过程中金属充填性的影响。分析研究了坯料预成形温度和分瓣模径向进给对内筋成形过程中等效应力、等效应变和损伤值的影响,得到最佳工艺参数为坯料温度380℃,模具温度420℃,径向进给速度2mm.s-1。最后,在选定模具结构和工艺参数的基础上,设计相关模具,进行了实验验证。实验结果表明,通过多道次省力挤压和内筋斜锲加载挤压成形在现有实验设备的条件下可以实现该锥壳内环筋构件的成形,成形后的筋部充填饱满,无明显缺陷,验证了成形工艺的可行性。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第10-18页
    1.1 研究背景第10-11页
    1.2 稀土镁合金概述第11-12页
    1.3 圆锥形构件成形工艺概述第12-14页
        1.3.1 扩锥挤压成形工艺第12-13页
        1.3.2 缩锥挤压成形工艺第13-14页
        1.3.3 变锥挤压成形工艺第14页
    1.4 内环筋构件成形工艺及研究现状第14-16页
        1.4.1 内环筋构件成形工艺第14-15页
        1.4.2 内环筋构件成形研究现状第15-16页
    1.5 本课题的研究目的及内容第16-18页
        1.5.1 课题研究目的第16-17页
        1.5.2 课题主要研究内容第17-18页
2 Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr 镁合金本构方程的建立第18-26页
    2.1 引言第18页
    2.2 热压实验和实验结果分析第18-20页
        2.2.1 热压实验第18-19页
        2.2.2 实验结果及分析第19-20页
    2.3 Johnson-Cook 本构方程的建立第20-25页
        2.3.1 Johnson-Cook 本构方程参数的确定第21-23页
        2.3.2 Johnson-Cook 本构方程与实验数据对比第23-24页
        2.3.3 m 温度敏感系数的修正第24-25页
    2.4 小结第25-26页
3 锥壳挤压成形工艺分析及数值模拟第26-34页
    3.1 引言第26页
    3.2 成形工艺分析第26-27页
    3.3 锥壳成形有限元数值模拟第27-29页
        3.3.1 有限元模型的建立第27-28页
        3.3.2 模拟结果及分析第28-29页
    3.4 锥壳省力挤压成形工艺及有限元数值模拟第29-32页
        3.4.1 预成形坯料底厚对后续挤压力的影响第29-31页
        3.4.2 后续挤压凸模上部锥度对挤压力的影响第31-32页
    3.5 成形工艺的确定第32-33页
    3.6 小结第33-34页
4 内环筋挤压成形工艺及数值模拟第34-48页
    4.1 引言第34-35页
    4.2 内环筋挤压成形工艺研究第35-36页
        4.2.1 斜锲机构工艺原理第35页
        4.2.2 内环筋斜锲加载挤压成形工艺第35-36页
    4.3 分瓣模结构对成形过程中筋部充填规律的影响第36-39页
        4.3.1 不同分瓣模结构对金属填充性的影响第36-37页
        4.3.2 筋部金属充填行为特点第37-38页
        4.3.3 圆角半径对金属充填行为的影响第38-39页
        4.3.4 分瓣模倾斜角对金属充填行为的影响第39页
    4.4 预成形温度对内环筋挤压成形的影响第39-43页
        4.4.1 预成形温度对等效应力的影响第40-41页
        4.4.2 预成形温度对等效应变的影响第41-42页
        4.4.3 预成形温度对工件损伤值的影响第42-43页
    4.5 径向进给对内环筋挤压成形的影响第43-46页
        4.5.1 径向进给对等效应力的影响第43-44页
        4.5.2 径向进给对等效应变的影响第44-45页
        4.5.3 径向进给对工件损伤值的影响第45-46页
    4.6 小结第46-48页
5 模具设计与实验试制第48-57页
    5.1 引言第48页
    5.2 模具材料的选择第48页
    5.3 主要模具设计第48-51页
    5.4 模具装配图第51-53页
    5.5 实验条件第53-54页
        5.5.1 材料第53页
        5.5.2 实验设备第53页
        5.5.3 实验润滑剂第53-54页
    5.6 实验过程第54-55页
    5.7 实验结果及分析第55-56页
    5.8 小结第56-57页
结论第57-59页
参考文献第59-63页
攻读硕士学位期间发表的论文第63-64页
致谢第64-65页
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