复杂多层壁筒形锻件旋压锻造成形新工艺及其机理研究

Multi-layer cup with functional elements on wall is difficult to be manufactured by machining and extrusion, thus, a forging process using spinning is proposed for this kind of parts. A combined method of theoretical analysis, numerical simulation and experimental research will be employed to investigated the process. The evolution mechanism of material micro-structure during deformation will be revealed and a relative evolution model will be constructed. The affection of process parameters on stress, strain and strain rate field during forming will be studied and the deformation mechanism will be investigated. The destabilizing patterns and mechanism of forming will be studied and relative instability models will be built, and preventive measures will be proposed. The relationship among deformation, microstructure and mechanical property will be obtained, and the affection significance of process parameters on will be determined. Finally, an optimization method with double target for control of mechanical properties and forming will be established.

针对具有结构功能特征的复杂多层壁筒形件制造的难题，项目首次提出复杂多层壁锻件的旋压锻造成形新工艺，并采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法对该工艺进行研究。分析变形中材料微观组织的演变规律，揭示其演化机理，建立相应的组织演化模型；研究旋压锻造成形过程中工艺参数对应力场、应变场的分布与金属流动影响的规律，揭示其变形机理；研究成形过程中缺陷的形式及其产生的机理，建立成形失稳的力学模型，并提出预防缺陷的措施；研究宏观塑性变形、微观组织演变与力学性能之间的关系，确定影响零件组织性能与成形的主要因素及其影响机制，提出工艺规划与优化方法，实现对制件的形/性一体化控制。

复杂多层筒形零件是一种典型的轻量化结构零件。传统切削加工方法，不仅材料利用率低、能耗高、加工工序多、周期长、效率低、成本高，且还会导致整体性能下降。对此本项目提出一种旋压成形制造方法，并采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法对该工艺进行研究。.研究内容主要包括：1）材料本构模型及变形过程中微观组织演变机理；2）复杂多层筒形件旋压锻造成形工艺及其机理；3）旋压大塑性变形后的服役性能。.微观组织演化研究结果表明，奥氏体在高温低应变速率下，主要发生非连续动态再结晶；在高应变速率下的再结晶机制为连续动态再结晶，而孪生通过改变再结晶晶粒与初始晶粒间的取向关系促进再结晶区域的扩展；而所建立的耦合再结晶模型的热成形本构方程能更加准确的预测热变形过程中的流动应力。.工艺过程分析表明，在楔入式旋压成形过程中，筒壁底部至口部呈薄厚薄的分布，工艺参数（旋起厚度、旋轮倾角、旋轮圆角半径、进给比对筒壁高度，厚度均匀性影响大小不同；对于筒壁外槽旋压成形，工艺参数应（应力屈服比、进给壁厚比、坯料壁厚）等工艺参数对工件凹槽两侧的隆起高度以及凹槽减薄率的影响亦不相同。.针对大塑性变形后材料服役性能的研究表明，塑性变形后的高熵合金的氧化动力学曲线呈多级抛物线，其氧化行为是离子扩散控制的过程，但是有一个扩散转变点；随着变形程度增加，样品表面钝化层的稳定性更差，合金的耐腐蚀性下降。.以上研究较好解决复杂多层筒形件类零件在整体塑性成形中组织演变、工艺设计以及成形后零件服役性能的问题。对于提高我国零部件制造业方面的竞争力具有重要意义，也为汽车、航空航天及其它工业领域该类零部件的整体化、净成形化以及轻量化的工业应用，奠定了有益而坚实的理论和实验基础。