金属复合管强力旋压工艺研究

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近年来,综合性能优异的双金属复合管在输送管道、热交换器管道和医疗器械管等领域得到了广泛应用。金属复合管的加工工艺多种多样,但各种工艺都有一定的适用范围。强力旋压工艺作为一种低成本、低载荷、高效率的塑性加工工艺,在制备高性能要求的双金属复合管方面具有巨大潜力。然而,目前关于双层金属复合旋压成形的的理论和工艺研究较少,难以对金属复合管的成形工艺提供有效指导。本文采用有限元模拟、理论和实验研究相结合的方法研究了金属复合管的旋压工艺。首先对单层管强力旋压过程进行了分析,研究了正旋和反旋两种工艺中金属的变形特点;分析对比了双层金属复合管的正旋和反旋工艺,认为正旋工艺更适合于制备金属复合管;通过对接触区不同区域金属界面的受力分析,结合固相结合理论,分析了旋压过程对金属界面结合的影响;初步选择了实验材料,测试分析了实验材料的力学性能。采用ABAQUS有限元软件模拟了单层管的强力旋压过程,分析了单层管中金属的变形特点和不同工艺参数对其成形效果的影响;模拟了Al/Al复合管坯的装配过程,分析计算得到了管坯双层金属界面上的径向正压力;模拟了Al/Al复合管的强力旋压过程,分析了复合管旋压过程中存在的变形不协调和界面结合差的问题,进一步研究了实验温度、减薄率和管坯界面间正压力大小对零件成形性能的影响。通过实验研究了Al/Al复合管的旋压工艺,分析了实验温度、减薄率和坯料壁厚对复合管成形效果的影响;进一步研究了Al/Al复合管的多道次旋压工艺,分析了低温长时间退火对复合管成形效果的影响;通过观察金属界面的微观形貌,分析了旋压过程中金属界面的变形机制;通过金相试验,研究了金属变形前后组织的变化。采用了5组实验方案进行Cu/Al复合管的旋压实验,实验过程中采用了红外热成像仪对坯料和模具温度进行实时监控;根据实验结果,分析了内外金属的变形协调性和界面结合情况;通过力学性能测试、对比了各方案Cu/Al复合管的界面结合强度;通过对双金属界面微观形貌的观察,从结构上分析了引起界面结合强度差别的原因。
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