2024铝合金阵列微结构电流辅助辊压成形工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:opentv2007
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表面微结构改变材料表面与外界的接触行为以及相互作用,其应用前景和使用价值受到了学者的广泛关注,微结构加工技术也逐渐发展起来。表面微结构辊压成形技术具有生产效率高、成本低、适用于大批量生产的特点,是最具有发展前景的微结构生产工艺之一。本文将电流辅助成形技术引入到微结构辊压成形工艺中,结合辊压成形和电流辅助的优点,提高材料的利用率和材料的塑性成形能力,减少成形缺陷。本文通过微拉伸实验得到了2024铝合金材料的应力应变曲线,分析了电流密度对材料的流动应力、屈服强度、抗拉强度的影响规律。结果表明,随着电流密度的增加,材料的流动应力、屈服强度和抗拉强度均会发生降低,屈服强度最大降低19.67%,并且在应力应变曲线上发现了高温再结晶和回复现象。应用软件ABAQUS建立了有限元模型,分析了材料辊压成形过程中的变形特点,研究了微结构参数、辊缝间隙、辊子转速、辊速比和板料初始厚度等工艺参数对表面微结构成形高度、辊压力以及板形翘曲的影响规律。对翘曲量化定义,确定了最佳工艺参数,经过多因素拟合分析发现板厚0.5mm,异速比为3时能够同时提高材料的充填能力以及板料的平直度。建立了电流辅助辊压成形有限元模型,分析了电流密度对材料应力应变和成形高度的影响规律,结果表明,随着电流密度的增加,微结构成形高度有所增加。通过实验研究了不加电时压下率、晶粒尺寸、异速比对表面微结构成形高度、翘曲、表面质量和微观组织的影响规律。结果表明,压下率的增大会导致成形高度的增大,但也会引起翘曲的变化,同时也会降低微结构表面质量。为了提高板形的平直度,一般可以采用合适的异速比来调控。晶粒尺寸越大,微结构的填充高度先增大后减小,细小晶粒对于晶界的强化作用导致在小压下率时呈现出“越小越强”尺度效应特征。将电流辅助与辊压成形相结合,优化了通电方式,研究了电流参数(电流密度、频率和占空比)对于辊压成形的影响。研究表明电流能够有效的提高材料的变形能力,改善微结构表面质量。重点研究了在不同电流密度下微结构的微观组织,发现在电流的作用下能够细化晶粒,提高晶粒之间的变形均匀性,晶粒之间协调变形效果更好。通过电热分离实验,揭示了电流辅助成形过程中,焦耳热效应是提高成形性能的主要因素。
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