銅鋁復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，兩種管材結合在一起，使得異種金屬復合管材可以被應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。異種金屬復合管按照界面結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合的異種金屬復合管，另外一類是采用機械加工方法生產(chǎn)出來的界面為機械結合的異種金屬復合管，與冶金結

2、合的復合管相比，機械結合的復合管工藝簡單、效率較高，但是界面結合強度較低、應用范圍窄。因而需要一種高效的產(chǎn)品質量好的機械加工方法來生產(chǎn)異種金屬復合管。滾珠旋壓是強力旋壓的一種，屬于多點局部塑形成形工藝，一般用來生產(chǎn)高精度薄壁管材，是加工成形高質量異種金屬復合管材的理想工藝。但是異種金屬復合管成形過程中內(nèi)外管的變形較為復雜，需要進行系統(tǒng)的理論分析。本文將有限元模擬與工藝試驗相結合，系統(tǒng)地分析了銅鋁異種金屬復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為基礎，運用上限法分析了異種金屬復合管滾珠旋壓過程中內(nèi)外管的協(xié)調(diào)變形情況，對內(nèi)外層管坯分別進行分析，建立了運動許可速度場，根據(jù)小應變幾何方程求得內(nèi)外層管坯變形區(qū)的應變速率，根據(jù)圣維南流動方程求得變形區(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；基于塑性屈服準則，提出了復合管滾珠旋壓

4、成形的塑性屈服條件；同時提出了復合管滾珠旋壓成形金屬穩(wěn)定流動條件。
　　以剛塑性有限元法為基礎，采用 DEFORM軟件對等壁厚銅鋁復合管材滾珠旋壓成形性進行了模擬，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）、進給比(0.4mm/r、0.6mm/r和0.8mm/r)以及內(nèi)外管材的不同復合形式對異種金屬復合管材成形規(guī)律的影響。有限元模擬結果

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，有利于復合管表面金屬材料的穩(wěn)定流動；增大摩擦系數(shù)，有利于內(nèi)外層管的協(xié)調(diào)變形；然而，進給比對復合管塑性成形應力應變值似乎影響不大。
　　自行設計了銅鋁復合管材反向滾珠旋試驗工裝，制備了等壁厚的外鋁內(nèi)銅和內(nèi)鋁外銅復合管坯，針對不同的減薄量、不同的滾珠直徑和不同的進給比進行了銅鋁復合管反向滾珠旋壓試驗，試驗結果與有限元模擬結果保持了很好的一致性。試驗結果表明，滾珠旋壓成形的外鋁內(nèi)