闭挤式精冲成形表面的物理力学特征研究

论文摘要

精冲件的断面光洁,垂直度、平整度好,精度高。用精冲工艺代替切削加工来制造盘状精密轮廓零件,比用传统的切削加工提高效率十几倍。闭挤式精冲是一种全新的板料精冲成形工艺,可以实现低塑性板材和厚板材的精冲加工。在闭挤式精冲成形过程中,被加工材料的变形区集中于凸凹模刃口两侧,该区域的变形具有局部、瞬时、剧烈的特点,这样的特点必然会对成形表面附近材料的微观状态和力学性能带来很大变化,进而影响到工件的使用性能。本课题旨在通过研究闭挤式精冲工艺过程对材料组织和性能的改变,揭示其加工过程中材料变化规律和加工过程对工件使用性能影响的规律,从而推动闭挤式精冲这一先进工艺的市场化应用。本课题采用了一种低塑性材料2A12为实验材料,利用闭挤式精冲工艺对其进行加工。然后采用表面粗糙度检测、金相组织观察、扫描电镜组织观察、EDS物相能谱分析、X射线残余应力测量、极化曲线分析、金属材料往复摩擦磨损测试等分析手段对闭挤式精冲工件的加工表面进行了微观状态观察和力学性能实验。在实验研究的基础上,结合工件表面的微观状态和力学性能实验结果,对工件表面的摩擦磨损机理进行了探讨,得出了以下主要结论:闭挤式精冲工件表面的粗糙度、组织变化、夹杂物细化、加工硬化作用、工件表面产生残余压应力等方面均向着提高工件使用性能的方向发生了显著变化,以上这些变化均使工件的耐磨性能明显提高。通过本课题的研究证明:运用闭挤式精冲加工方法,可以对被加工材料的表面组织结构及力学性能产生很大的改变,这些改变对工件的使用寿命有很大的提升。本课题的研究具有工程应用价值,对工程应用有指导和参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 精冲工艺的应用现状、前景与局限性
• 1.1.1 精冲工艺的应用现状与前景
• 1.1.2 现有精冲工艺的局限性
• 1.2 一种新型精冲工艺——闭挤式精冲
• 1.2.1 闭挤式精冲工艺的原理及工艺过程
• 1.2.2 闭挤式精冲工艺过程中材料变化的特点
• 1.2.3 闭挤式精冲工艺的国内外研究现状
• 1.3 研究意义、目的和内容
• 1.3.1 研究的意义和目的
• 1.3.2 研究内容
• 2 实验方案设计
• 2.1 实验方案的确立
• 2.1.1 实验材料的选择
• 2.1.2 工件综合力学性能影响因素的选择
• 2.1.3 确定实验方案
• 2.2 实验流程
• 2.3 实验材料及试样制备
• 2.3.1 实验材料介绍
• 2.3.2 闭挤式精冲工件的制备
• 2.4 主要实验分析方法
• 2.4.1 金相显微分析
• 2.4.2 粗糙度及表面轮廓曲线分析
• 2.4.3 扫描电镜及能谱分析
• 2.4.4 X 射线衍射残余应力测量
• 2.4.5 维氏硬度测试
• 2.4.6 腐蚀电化学测量
• 2.4.7 往复摩擦磨损试验
• 3 闭挤式精冲成形表面微观状态的变化与分析
• 3.1 闭挤式精冲件和车削件加工表面形貌与粗糙度对比
• 3.1.1 工件加工表面形貌与划痕分析
• 3.1.2 工件表面粗糙度对比
• 3.2 闭挤式精冲前后工件加工表面附近微观状态变化
• 3.2.1 2A12（T4）在闭挤式精冲前后的组织变化
• 3.2.2 2A12（T4）在加工前后晶粒形态的变化与分析
• 3.2.3 闭挤式精冲前后材料中夹杂物状态变化
• 3.3 金属流动变形情况
• 3.3.1 金属网格实验
• 3.3.2 金属宏观流线实验
• 本章小结
• 4 闭挤式精冲成形表面材料性能变化与分析
• 4.1 加工硬化
• 4.1.1 材料在塑性变形中的加工硬化
• 4.1.2 闭挤式精冲件变形区和车削件车削面附近硬度分布
• 4.1.3 加工表面上的硬度分布
• 4.2 表面残余应力
• 4.2.1 残余应力的产生
• 4.2.2 残余应力测量的结果及分析
• 4.3 电化学反应强度
• 本章小结
• 5 闭挤式精冲件的耐磨性研究
• 5.1 引言
• 5.2 往复磨损实验
• 5.2.1 采用不同硬度的摩擦副时摩擦系数/转速曲线
• 5.2.2 闭挤式精冲件和车削件的磨损量/时间关系
• 5.2.3 闭挤式精冲件和车削件的摩擦系数曲线
• 5.2.4 往复摩擦磨痕特征状态对比
• 5.3 闭挤式精冲件磨损机理分析
• 5.3.1 摩擦磨损机理
• 5.3.2 闭挤式精冲件摩擦磨损机理分析
• 5.4 工件表面力学状态对耐磨性的影响规律
• 5.4.1 残余应力改变与闭挤式精冲件疲劳寿命的理论分析
• 5.4.2 硬度变化对闭挤式精冲件磨损率改变的理论分析
• 5.4.3 断裂韧性变化对闭挤式精冲件磨损率改变的理论分析
• 本章小结
• 总结与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果