薄辐板厚轮缘盘形件径向旋压增厚成形新工艺及其机理研究

In this project, a new precision forming method, radial thickening spinning, is proposed to form the disk-like parts with thickened rim，in which the roller thicken the rim of the circular blank in radial direction. The classical mechanics, the finite element simulation and experiments will be employed to investigate the effect of the material property, geometry parameters, art parameters， friction conditions and the temperature-rise effect on metal flow, process instabilty, wear of roller, local geometric feature and deformation law of the compressing area. Based on the investigation, deformation mechanism, mechanical model of instability, wear of the roller will be obtained. The results of this study can be a solution of the key scientific and technical problem for this process, and could be a guideline to solve problem for structure or process which have the similar force condition. Through this study, the conventional method of manufacturing this kind of parts is replaced, which is a promotion of green and lightweight manufcturing, meanwhile, the plastic theory is developed and the application range of sheet forging is extended.

)：针对薄辐板厚轮缘盘类件提出通过径向旋压使圆盘形板坯轮缘增厚的整体成形工艺，采用经典力学理论、实验及数值模拟相结合的方法，研究材料性能、旋轮和板坯尺寸参数、工艺条件、摩擦因子、温升效应等对金属流动、变形失稳和模具磨损的影响，明确变形区的形状特征和变化规律，揭示轮缘旋压增厚的变形机理，建立径向旋压失稳准则，阐明旋轮型槽的磨损与温升效应对变形的影响规律。研究成果不仅能解决工艺中的失稳以及材料流动控制等关键科学与技术问题，而且也可为类似受力状态下的结构和工艺提供理论与实验依据。本项目不仅能取代采用焊接组合方式制造这类零件的传统制造方法，促进轻量化与绿色制造技术的发展，还能充实和发展精密塑性成形理论，扩展板锻技术的应用范围。

现有成型工艺难以解决现在汽车、航空航天等领域使用的大直径且具有厚度差的盘形零件的成形问题。因此，本文针对大直径薄辐板厚轮缘盘形件为典型零件，提出旋压增厚成形的板料冲锻成形新工艺，并进行相应研究。.材料组织性能变化与材料变形过程密切相关，研究冷成形过程中材料微观组织参数对硬度变化的影响规律，建立基于微观组织参数的硬度预测模型，具有重要的理论意义和实用价值。.采用压缩实验与有限元模拟相结合的方法，分别研究了单相材料中的铁素体晶粒尺寸和铁素体-珠光体两相材料中的晶粒尺寸、相体积分数对硬度变化的影响，并建立了基于铁素体晶粒尺寸的铁素体钢的硬度预测模型，同时根据复合物法则，在单相材料的硬度预测模型基础上，建立了双相材料的硬度预测模型。结果表明：对于铁素体单相材料，初始硬度HV0、硬化系数K、硬化指数n均是受晶粒尺寸影响的变量，且随着晶粒尺寸的增大而减小；而对于铁素体-珠光体双相材料，HV0、K、n不仅受晶粒尺寸影响，而且与相体积分数有关，随着晶粒尺寸的增大而减小，随珠光体相体积分数的减小而减小。.通过正交试验研究了工艺参数对环形板材旋压成形稳定性产生的影响；分析了工艺参数对成形过程的影响规律。.旋压增厚成形过程研究结果表明：成形过程可被分为三个阶段，第一阶段金属主要产生弹性变形；第二阶段金属产生塑性变形，逐渐充填旋轮槽，坯料轮缘被增厚；第三阶段，上压盘与旋轮间挤出轴向飞边。在成形过程中，旋轮受到的径向力最大、切向力其次，轴向力最小。当旋轮槽底部圆弧半径r值小于2.34mm时，不会出现“卷边”缺陷；旋轮槽上倾角α 取值小于94°时，不会过早产生大飞边；坯料尺寸过大将导致成形失稳。.坯料的最大长宽比γ _max 随着α和r值的增大而增大，随着v和μ 值的增大而减小；还得到了工艺参数及其交互作用对成形结果的影响程度大小排名α>μ>r = α×μ>α×r >v>α×v>r×v ；此外，根据这些结果选出了试验范围内的最优因素水平组合是μ = 0.05， α = 93.5°，v = 3mm/s，r = 2.2mm，并通过有限元模拟方法对其进行了验证。.成形零件的金相分析以及硬度测试表明：热轧加工带来的坯料的各向异性对成形结果的流线分布的影响较大，而对成形结果的硬度分布的影响很小。