離散粉體充填薄壁管的高頻振動輔助擠壓變形行為研究.pdf

1、離散粉體充填薄壁管的高頻振動輔助擠壓變形行為研究重慶大學碩士學位論文（專業(yè)學位）學生姓名：劉清指導教師：溫彤副教授學位類別：工程碩士（材料工程領域）重慶大學材料科學與工程學院二O一六年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要在機械制造以及建筑等領域，常常涉及內部填充離散介質的薄壁中空型材的變形問題，如超導線材的PIT制備、管材固體顆粒介質成形等。這類復合結構的整體變形是一個多因素耦合作用的復雜力學過程，涉及管坯自身的彈塑性變形、內腔粉體或

2、顆粒的流動與變形，以及粉體與管壁的相互作用等，目前對這類問題的認識還十分有限，實踐中也缺乏有效的理論指導。例如，在超導材料制備時，常常由于工藝參數(shù)的選擇不合理而造成斷裂等失效。已有研究表明，將振動施加到包括超導材料PIT制備等各種材料成形過程中，可以顯著提高成品率和質量。為此，本文研究了準靜態(tài)和振動狀態(tài)下粉體填充金屬管的正擠壓變形，重點分析了載荷、整體變形特征、成形后的粉體密度與均勻性等問題。主要工作與結論如下：（1）利用物理實驗、解析

3、分析和數(shù)值模擬，分析了薄壁管準靜態(tài)擠壓和拉拔過程中管坯內腔容積的變化。結果表明，在薄壁管的擠壓、拉拔等“縮徑類”變形過程中，在內徑減小、軸向長度增加以及壁厚變化等方面的綜合影響下，管坯內腔的容積會減小，且減小程度與模具錐角、摩擦、擠壓比、相對壁厚和材料特性有關；管內容積的減小，使得粉體受到較大的三軸壓力（靜水壓力），從而促進粉體的致密化。（2）研究了充填鐵粉、鋼球兩種不同離散介質的鋁合金薄壁管，在不同摩擦條件下正擠壓的變形特征，發(fā)現(xiàn)：充

4、填物使得鋁合金薄壁管的正擠壓力增加，但充填顆粒度較大鋼球顆粒的管坯，擠壓力－行程曲線有較明顯的跳躍；三向壓力使粉體致密，靜水壓力和相對密度間存在正比例的對應關系；應力三軸度可反映粉體擠壓過程的受力狀態(tài)，與粉體相對密度有一定對應關系；擠壓后的壓實粉體的顯微硬度測試表明，密度分布存在不均勻性，自錐面處向下粉體相對密度先增加后減小；管坯材料的厚向異性指數(shù)對內部粉體的致密有一定影響。（3）利用改裝直剪儀，測試了高頻激振下氧化鐵粉與鉻鉬合金鑄鋼球

5、的摩擦角，表明振動有助于粉體的流動，使得動態(tài)摩擦角降低，且氧化鐵粉摩擦角比鉻鉬合金鑄鋼球摩擦角降低更多；振動擠壓數(shù)值模擬表明，不論是管坯與模具間還是粉體與管坯間，動態(tài)擠壓的摩擦應力遠小于準靜態(tài)擠壓；準靜態(tài)正擠壓在變形初期靜水壓力增加較慢，而動態(tài)正擠壓開始后靜水壓力就迅速增大；與準靜態(tài)擠壓相比，加載超聲振動的粉體靜水壓力更大。（4）由于振動“體積效應”和“表面效應”共同作用的結果，使得離散體充填管的擠壓載荷下降，且振幅越大、載荷降低越多。