塑性成形加载方式对薄壁制件变形与性能的影响

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材料的加工成形不仅得到产品的几何形状,对制件的服役性能也有着重要影响。但目前在产品的设计、开发与制造阶段,较少考虑加工成形的工艺过程对制件最终性能的影响,导致产品的服役性能、使用寿命等与预期不符。本文从不同塑性成形工艺的加载方式对薄壁件变形与性能的影响出发,重点从整体抗压、局部抗凹和耐蚀性能三个方面,研究了冲压和渐进成形两种工艺对薄板件性能的影响;此外,提出了一种利用磁流变材料作为薄壁管弯曲过程中的填充物,以减少成形缺陷、提高成形精度的方法,并利用数值模拟和物理实验进行验证。主要结论如下:(1)物理实验和数值模拟结果表明,典型凸台薄壳件的渐进成形制件侧壁变形较冲压严重,成为制件的薄弱区域。因此,冲压成形件表现出更加优异的承载性能,其整体抗压和局部抗凹性能均优于渐进成形件。(2)经过塑性成形的加工后,AL6061制件的承载能力较不考虑加工的影响时有所降低;由于SUS304的加工硬化明显,制件的承载能力相比不考虑加工的影响时更高。因此,成形过程对制件性能的影响,取决于加载、变形方式以及材料自身属性的综合作用。(3)冲压和渐进成形后,SUS304的耐腐蚀性能均有所降低。渐进成形由于局部点压、逐渐进给的加载方式,特别是由于工具头进给对坯料表面质量的影响,制件变形区的耐蚀性下降更多;冲压成形的整体变形量大,制件在压边区的耐蚀性降低较多,但成形区的耐点蚀性能较高。(4)物理实验和数值模拟表明,利用磁流变铁磁颗粒作为管材弯曲成形的填充体,同时利用其在外加磁场作用下具有的磁流变特性,可有效控制薄壁管弯曲成形的截面畸变、起皱等缺陷,整体成形精度得到提高。其中,管坯变形区截面的椭圆度较无填充时大幅下降;随着外加磁场强度B的增加,椭圆度进一步下降。此外,磁流变填充体还使得弯曲变形区的应力、应变以及壁厚分布更加均匀,管壁内侧的起皱程度降低。相对于其他类型的磁流变材料而言,硬质铁磁颗粒作为填充体具有易装填、易备料、易清理、可重复使用以及无污染等优势。
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