错距旋压制备纳米/超细晶筒形件方法及试验研究

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强力旋压具有成形精度高、表面粗糙度好、材料利用率高、机械性能优良等特点,是一种经济、高效成形薄壁回转体零件的方法,在国民经济许多领域中占有十分重要的地位。随着精密塑性成形技术的发展,对相关工件制造水平提出了越来越高的要求,不仅要求工件具有较高的尺寸精度,实现少或无余量加工,而且对工件使用性能提出了很高要求。近年来,随着对纳米/超细晶材料研究的不断深入及其技术的不断发展,采用强烈塑性变形来获得纳米/超细晶结构从而改善材料的综合性能的方法已成为众多材料学者颇为关注的一个课题。实践证明:强烈塑性变形制备纳米金属具有许多诱人的使用性能和发展前景,被认为是块体金属实现纳米化最为有效的途径之一。本论文的研究课题来源于国家自然科学基金项目(项目编号:51075153)“强力旋压制备纳米/超细晶筒形件的方法及机理研究”和广东省自然科学基金项目(项目编号:10151040301000000)“强力旋压制备纳米/超细晶筒形件的方法及机理研究”。本文主要以错距旋压制备纳米/超细晶筒形件为研究内容,制定了合理的错距旋压工艺方案并通过优化算法优化旋压成形工艺,最后研究了强烈塑性变形后旋压件晶粒细化效果。本文主要研究内容和结论如下:1、根据错距旋压成形原理,设计出错距旋压所需工装,并确定了合理的旋压工艺参数。为后续筒形件错距旋压成形工艺试验奠定基础,其研究具有较高的理论意义和实践应用价值。2、采用正交试验法以旋压件椭圆度、直线度、壁厚偏差为评价指标,对错距旋压成形工艺参数进行分析。结果表明,筒形件旋压成形过程中,影响筒形件椭圆度、直线度因素的主次顺序为:进给比>总减薄率>轴向错距量;影响筒形件厚度分布均匀性的因素主次顺序为:总减薄率>进给比>轴向错距量。并分析了主要工艺参数对表面粗糙度、喇叭口现象等缺陷的影响。3、将正交试验设计法与“SVM神经网络+遗传优化算法”相结合,对错距旋压成形筒形件工艺参数进行优化,其中以进给比、总减薄率、轴向错距量工艺参数为优化对象,旋压件成形质量椭圆度、直线度、壁厚偏差为优化目标。首先通过SVM神经网络建立工艺参数与目标之间的非线性的映射模型;然后采用遗传算法对模型进行优化获取最优工艺参数;最后进行验证试验,结果表明优化方法合理。4、探讨影响强旋筒形件力学性能的因素以及分析强旋筒形件力学性能改变规律有重要意义。采用拉伸和硬度试验方法测试20钢筒形件强旋后不同减薄旋压件的力学性能,得出力学性能随减薄率的变化曲线。通过扫描电镜和金相显微镜得到20钢冷强旋筒形件不同减薄率处的金相组织,分析20钢冷强旋筒形件在不同减薄率处的晶粒尺寸变化,并分析其组织纤维的演变以及纤维组织对筒形件性能的影响。
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