7050铝合金强力反旋的工艺分析及有限元模拟

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1、万方数据许松松：7050铝合金强力反旋的工艺研究及有限元模拟1．1引言第一章绪论弟一早瑁比旋压是一种综合了锻造、横轧、拉伸、挤压、弯曲、和滚压等工艺特点的少、无切削加工的先进工艺【卜21。一般将经过预先处理过的坯料用装夹工具固定在旋压设备的芯模上，由旋压设备主轴带动芯模及其坯料一起旋转，旋压力通过旋轮作用于坯料的表面，使之产生弹塑性变形，从而获得和芯模母线一致的回转体工件【¨】。由于旋压工艺具有材料利用率高、成本低廉、材料来源范围广和制品粗糙度低等优点，作为一种先进塑性加工方法，其应用范围已得到迅速扩展，广泛应用在机械、电子、国防、化工、冶金等领域，在制造行业占有举足轻重的地位

2、。欧美等发达国家在旋压工艺方面的研究越来深入，在旋压的CAE技术及旋压弹塑性变形机理等很多方面处于领域的最前沿。目前我国的旋压工艺应用也日益受到产业界的重视，经过多年的技术积累，与国外发达国家的差距正在减小，在某些方面甚至达到了领先水平【5。31。1．2旋压技术发展概述从大量的文献资料中可以发现，旋压技术在我国殷商时代的陶瓷坯制作中就已经存在。经过长时间的发展，于13．14世纪之交传送到欧洲，世界上首个旋压专利出现在18世纪60年代的德国，从此之后，德国在旋压技术方面一直处于世界领先地位。旋压工艺在很长的一段历史时间里处于比较落后的状态，最古老的旋压设备依靠人力进行运转；随着技

3、术的发展，出现了依靠水力和蒸汽动力来驱动旋压设备进行运转；直至电动机、液压技术和金属旋轮的应用，旋压设备发生了革命性的改变，所能旋压的材料种类越来越广泛，工件成形的质量也有了质的提升。在上个世纪，普旋技术有了以下三个方面突破：(1)普通旋压设备机械化程度提高，大大减轻了操作工人的劳动强度。(2)在上世纪60．70年代出现了可以沿一个方向多次旋压的电、液混合控制的半自动旋压设备。(3)在上世纪60年代后期，德国的莱弗尔德公司开发了有数控系统和录返系统的旋压机。万方数据2扬州大学硕士学位论文普旋技术经过不断发展，产生了强力旋压技术，强旋技术首先应用在欧洲的工业生产中，近几十年来，强

4、力旋压技术发展势头强劲，随着科学技术的日新月异，强力旋压技术也相应提高，强力旋压设备实现了程序控制、录返、数控等自动化方式，操作更为方便，能力逐步提高，从而推动了强力旋压技术向更高层次的发展【14】。1．3强力反旋的定义和分类根据所加工坯料壁厚是否变薄可分成普通旋压和强力旋压，强力旋压中旋轮的进给方向与金属弹塑性变形流动方向相反的称为反旋，反旋按照变形性质和工件形状分为异形剪切旋压和筒形流动旋压。1、异形剪切反旋异形剪切反旋适用于锥形、抛物线形及各类母线为曲线的回转工件成形。预成形毛坯套在芯模上，并随同主轴一起旋转，旋轮向毛坯做横向运动，并与芯模保持一定的间隙，然后旋轮沿芯模母

5、线方向作纵向进给，旋轮对毛坯施加以高压，最后成形为所需的工件形状。异形件剪切反旋示意图如1．1所示。2、简形流动反旋1．旋轮2．毛坯3．芯模图1．1异形剪切反旋示意图1．旋轮2．工件3．芯模图1．2筒形流动反旋压示意图万方数据许松松：7050铝合金强力反旋的工艺研究及有限元模拟3筒形流动反旋主要适用于管状形材，多数为有底面或者没有底面的筒形件。筒形件流动旋压示意图如图1-2所示。将坯料套在芯模上，通过旋轮施加较大的力并作用于坯料的接触面上，使之产生塑性变形，旋轮的进给方向与金属流动的方向相反。1．4强力反旋成形的特点(1)强力反旋时，最终要得到的坯料尺寸长度受芯模长度和旋轮行程

6、大小的影响很小，反旋可得到几倍或者数倍于芯模长度的工件。(2)反旋时，坯料的固定简易，可以直接用毛坯端面和芯模凸台接触传递旋压扭矩。(3)相比较于正旋而言，在某种意义上说，采用反旋可以提高生产效率并且能达到更好的成形质量。(4)在反旋进程中，旋轮与旋压工件的接触方式近似于点接触，所以单位面积受力很大，可达到300-400MPa以上，对于难变形的材料而言，可以使总的旋压力减少，减小了所需的功率，降低了生产成本。(5)在反旋进程中，旋轮对旋压坯料有平整压延的作用，因此，可使旋压件表面有较高的平滑度，一般旋压可达V4．7，好的可达V8．9，多次旋压后甚至可达V10。(6)在反旋进程中

7、，由于毛坯材料作近似于逐点变形，所以，材料的一些缺陷如：裂纹、夹层等就很容易被发现。这样一来，也就起到了对材料进行检查的作用。(7)在反旋压之后，坯料内部的微观组织会发生改变，其相应的一些性能指标也会发生变化。1．5强力反旋的应用领域随着世界军事建设的发展，强力反旋技术得到了广泛的应用。在导弹、火箭、宇航等方面，卷焊大直径薄壁壳体的焊缝易脆裂和应力集中，不适应大型壳体减薄壁厚、减轻重量、减少环焊缝的要求，反旋成形可以弥补其不足。变薄反旋压技术己旋压成形了03000x6000mm的壳体，以及0