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1、金属塑性成形原理试验指导书2023 版中南大学机电工程学院编著：李和争论生俞大辉，周磊10试验一 减薄旋压成形原理试验一、试验目的1、了解金属塑性成形的旋压加工工艺；2、学会区分旋压工艺的种类；3、了解减薄旋压成形的概念和特点；4、生疏锥形、筒形减薄旋压的异同；5、了解减薄旋压中的正反方向旋压方式；6、把握减薄旋压成形的机理。二、试验仪器及原理1、卧式数控旋压机1 台2、芯模1 套3、坯料假设干4、游标卡尺1 把5、卷焊机1 台金属旋压按其工件的几何外形，壁厚减薄程度可以分为一般旋压和减薄旋压强力旋压筒形件旋压是常见的减薄旋压，主要缩减管状形材壁厚，多为带底与不带底的筒形件、 带台阶的管材等。
2、筒形件强力旋压成形过程的 3 个阶段如图a) 起旋阶段从旋轮接触毛坯开头至到达所要求的壁厚减薄率为止。该阶段壁厚减薄率渐渐 增大，旋压力相应递增，特别是轴向旋压力，以至到达一极大值，工件的外径变化很大，筒 形件的内径也将发生变化，使得金属的径向流淌、周向流淌大于轴向流淌，正旋时易消灭锥 度和凸边，反旋时则消灭扩口或缩口现象。b) 稳定旋压阶段是成形过程的主要阶段。旋轮旋入毛坯到达所要求的壁厚减薄率时，旋压变形进入稳定阶段，工件的外形在这一阶段成形。该阶段简洁产生飞边和局部失稳边局部 失稳进展到肯定程度将导致工件裂开。c) 终旋阶段从距毛坯末端 5 倍毛坯厚度处开头至旋压终了。该阶段毛坯刚性显著
3、下降，旋压件内径扩大，旋压力渐渐下降。在实际生产中，工件很少旋到端部，终旋阶段一般并不出 现。筒形件强力旋压成形时的 3 个区域筒形件强力旋压时，其变形中的工件可划分为 3 个区域，即未成形区、成形区和己成形区，如图筒形件强力旋压的 3 个变形区域I. 未成形区 II.成形区 III 己成形区 1 一旋轮 2 一毛坯 3-芯模筒形件变薄旋压在变形过程中，正旋变形区的受力状况如下图。对于正旋变形，在已变形区和变形区相交的截面上作用着轴向拉应力，而变形区应力状态较为简单。另外，正旋时己变形区还要承受由于传递扭转力矩所产生的周向剪应力。筒形件强力旋压的应变状态是三向的，但由于旋压是局部小区域变形，其
4、周向变形阻力较轴向、径向大得多，变形量很小，一般为了简化分析可将三向应变状态视为平面应变状态，即假设沿周向不变形.变形区内 A 点的应力、应变状态如图 2 所示。筒形件强力旋压变形规律三、试验方法旋压方式的选择选择何种旋压方式，主要是从成形件的外形、毛坯尺寸、工艺特点方面加以考虑。对于 筒形件，一般指承受正旋压或反旋压，对于筒形件，一般承受减薄旋压。此外，无论减薄旋 压还是一般旋压都有内旋压和外旋压之分。坯料的处理毛坯的原始状态对旋压件的质量影响很大。毛坯处理工艺选择不当，可能导致制件质量 下降，甚至报废，因此，考虑工艺方案时，应予以足够重视。高延长率、高端面收缩和低加 工硬化指数是使金属材料
5、具有良好成形性的工艺指标。旋压设备的选用为了实施所选定的工艺方案和旋压工艺标准，必需选用适宜的旋压机，并选协作理的工艺装 备以便生产优质产品，获得较高的技术经济效果。四、试验步骤1. 毛坯经过卷焊机处理，成筒外形；2. 依据试验想要得到的结果，将程序编入数控系统；3. 选择适宜的旋压机，预备好要进展加工的毛坯以及工件的芯模；4. 将短而厚的筒形件毛坯套在芯模棒上，并用尾顶块固定；5. 调整旋压机的旋轮初始走到位置，依据编入的程序加工工件。五、试验数据整理与分析1、观看数控机床的加工试验过程。2、分析旋压加工中的主体运动过程，明确减薄旋压的三个变形过程和加工过程的三个区 域。六、考核与报告要求附
6、原理图试验进展分组，每组人数 6 人，每个试验时间为 2 小时，承受指导教师演示与学生独立操作相结合的形式完本钱试验。要求：1、每个学生在试验后经试验室指导教师确认后，方可离开试验室；2、每个学生都要承受统一格式，独立填写具体的试验报告；3、指导教师对每个试验报告评分。试验二 超声旋压成形试验一、试验目的1、生疏金属塑性成形的旋压加工工艺2、生疏并把握一般减薄旋压与超声减薄旋压的区分3、了解超薄壁件旋压争论现状及进展动态4、生疏超声塑性加工原理5、了解并把握超声波对金属塑性的影响二、试验根本原理1、一般减薄旋压与超声减薄旋压芯模毛坯尾顶旋轮依据旋压件厚度的变化可以分为两类：一般旋压和变薄旋压1
7、。一般旋压在成形中厚度根本不发生转变，而其直径发生转变。变薄旋压则以减薄毛坯壁厚为目的，工件直径根本不发生变化。而依据旋轮进给方向和材料流淌方向的不同，变薄旋压又可以分成正旋和反旋(见图 1-1 与 1-2)。一般旋压变薄旋压2、超声塑性加工原理各国学者对超声塑性加工开放了大量争论，均觉察超声能够够降低成成形力，并对超声传播机制和成型机理进展了大量争论。目前相关生疏主要包括“体积效应”。目前关于体积效应的阐述主要有两种：第一种解释认为，振动使得材料内部微粒激振后， 获得较高能量、温度上升，材料消灭热致软化现象。从而导致坯料的动态变形阻力减小。振动产生的热致软化现象与晶体位错相关。争论认为了位错
8、可以通过共振、松弛和滞后三种方式聚拢振动能量。另外一种解释认为主要是静力叠加作用27。这主要是用于解释小振幅低能量振动降低流淌应力的现象。除此之外，一些学者认为振动的扰力导致金属材料中应力多向化，使得各个不同方向的滑移面都产生了滑移。静载荷与动载荷叠加作用与材料，从而充分发挥晶体塑性变形的滑移和孪晶机制，因此塑性变形力量得到提高。而对于外表效应的阐述主要有以下几种：振动使得材料与工具的接触界面在瞬间发生屡次分别，振动能够改善接触面润滑条件、扰动使得摩擦力方向不断发生转变以及局部热效应。以上缘由从宏观上表现就是摩擦力得到减小。变幅杆旋轮移动支架换能器工件超声波芯模局部变形区超声波旋压工艺示意图超
9、声波旋压装置示意图三、试验仪器1、卧式数控旋压试验台1 台2、C276 镍基合金假设干3、超声波旋压装置1 套4、ZJS2023 超声波电源1 台5、游标卡尺1 套四、试验方法及步骤1、对 C276 镍基合金材料进展局部超声波压痕试验I、将材料局部超声波压痕试验装置按指导教师的要求进展合理工装；II、转变挤压力，分别为 312 N、624 N、936 N、1248 N、1560 N、1872 N； III、比照超声压痕与常规压痕，并记录压痕的深度，完成试验记录表 1。2、对 C276 镍基合金材料筒形件超声旋压试验I、将超声波旋压装置按指导教师的要求进展合理工装；II、测量 C276 镍基合金
10、材料筒形件的尺寸，完成试验记录表 2； III、将 C276 镍基合金材料筒形件按指导教师的要求合理；IV、试验设备筒形件在卧式旋压机床上承受反旋的方法进展旋压；V、测量旋压之后的筒形件的尺寸，完成试验记录表 2，认真观看筒形件的外表粗糙度。五、试验记录表 1挤压力N312624936124815601872常规旋压压痕深度mm超声旋压压痕深度mm厚度mm高度mm内径mm未加工筒形件尺寸已加工筒形件尺寸表 2六、考核与报告要求附原理图试验进展分组，每组人数 6 人，每个试验时间为 2 小时，承受指导教师演示与学生独立操作相结合的形式完本钱试验。要求：1、每个学生在试验后经试验室指导教师确认后，
11、方可离开试验室；2、每个学生都要承受统一格式，独立填写具体的试验报告；3、指导教师对每个试验报告评分。试验三 筒形件的可旋性试验一、试验目的7、了解金属在强力旋压时的可旋性。8、了解筒形件的可旋性试验要求。9、了解筒形件可旋性试验的过程；10、依据试验结果可以绘出相应的坐标图，进展比照分析；11、参照试验数据，能够得出金属可旋性的影响因素。二、试验仪器1、卧式数控旋压机1 台2、芯模1 套3、游标卡尺1 把4、卷焊机1 台5、毛坯材料2024T4 铝606106061T6 铝退火钢退火软钢供货状态的软钢供货状态的钢退火状态的 304 不锈钢三、试验方法及步骤6. 毛坯经过卷焊机处理，成筒外形；
12、7. 依据试验想要得到的结果，将程序编入数控系统；8. 选择适宜的旋压机，预备好要进展加工的毛坯以及工件的芯模；9. 将壁厚为 t0 的带底毛坯套在圆柱芯模上，并用尾顶块固定，防止旋压时毛坯与芯模发生相对转动；10. 毛坯随芯模旋转时，使特定的接触角，圆角半径 r的旋轮以进给速度为 vf 并与母线成很小的角运动轨迹进给，从而把毛坯壁厚从 t0 变薄到 tf。四、试验原理tmax这个试验将使试件的壁厚将由其最大壁厚原始壁厚 t 渐渐变薄到零。然而，全部材料都将在这个限度内的某处发生裂开。这样可以获得在无裂开的状况下一道次中的最大壁厚减薄率 。tt强力旋压的主要工艺性能指标之一是以工件壁厚减薄率
13、=t-t/ t100%来表征，即由此可知，材料的可旋性定义可表达为材料在裂开前能承受的极限壁厚减薄率，即；tmax =t-t/ t100%tmax依据试验结果，画出筒形件可旋性与拉伸断面收缩率的关系：此外，旋轮的进给量 f、圆角半径 r和接触角对筒形件可旋性的影响也做了试验，有图可知，对于软钢和铜，极限变薄率随着进给量 f 增大而削减。旋压圆角半径 r 对可旋性的影响很小。旋压接触角可旋性却无任何影响。对于在旋压前工件的冷作硬化程度对可旋性的影响也做了试验争论，其结果如图。a 中表示两种材料中，供货状态的材料的旋压最大变薄率稍大些。b 中表示不同旋压变薄率与可旋性的关系。五、试验分析与结论材料
14、状态硬度 HBt /mmT /mm拉伸断面收率/%旋压最大变薄率/%依据试验数据填写此表0f2024ALT41192024ALT41196061ALT6936061ALT693304 不锈钢退火143304 不锈钢退火143软钢退火13软钢退火136061ALO316061ALO31铜退火36铜退火36铜供货93铜供货93软钢供货170软钢供货1701、可旋性欠佳的材料在旋轮作用下发生脆性断裂；而可旋性较好的材料，则都是在壁厚 变薄后发生韧性断裂。2、旋压最大变薄率和材料性能之间关系是，对于拉伸断面收缩率大于 45%的材料，不管其韧性如何，旋压最大变薄率约为 80%；对于拉伸断面收缩率低于 4
15、5%的材料，可旋性取决于其韧性。3 在全部被考虑的工艺参数中，只有旋轮进给量 f 对可旋性有比较明显的影响。六、考核与报告要求附原理图试验进展分组，每组人数 6 人，每个试验时间为 2 小时，承受指导教师演示与学生独立操作相结合的形式完本钱试验。要求：1、每个学生在试验后经试验室指导教师确认后，方可离开试验室；2、每个学生都要承受统一格式，独立填写具体的试验报告；3、指导教师对每个试验报告评分。试验四 旋压成形的力能参数检测试验一、试验目的1、生疏金属塑性成形的旋压加工工艺2、了解并把握 C276 镍基合金筒形件旋压力能参数检测二、试验原理保哥亚子列斯基计算式主要针对反旋筒形件的状况下旋压力的
16、分析计算。根本假设条件为：变形区为平面应变状态；作用在垂直芯模轴线平面上的应力假定不变，取其平均值；作用垂直于芯模轴线平面内切应力引起的切向力相互平衡如以下图。经推导后得到的旋压力沿着切向、径向、轴向的三分力之间关系如下。(1- z)PrD f3ytanartrPt =f(1- z3ytz= DtpP)D f tanaarr式中， f 为旋轮确实定进给量；z =p为平均单位压力。进给1yDra2rdmyp pr3t0s + dszm s0yzstszfzydzaf tanart0；Dt = t - t0f；y为壁厚减薄率，ytt= 1-t0 ；tf三、试验仪器筒形件反旋过程示意图1旋轮； 2工
17、件； 3芯模1、卧式数控旋压试验台1 台2、C276 镍基合金筒形件1 个3、超声波旋压装置1 套4、游标卡尺1 套四、试验方法及步骤I 测量旋压装置的旋轮直径D 、旋轮倾角a，完成试验记录；rrII、将旋压装置按指导教师的要求进展合理工装；III、测量 C276 镍基合金材料筒形工件的厚度t0，完成试验记录；IV、将 C276 镍基合金材料筒形工件按指导教师的要求合理；V 、试验设备筒形工件在卧式旋压机床上承受反旋的方法进展旋压；VI、测量旋压之后的筒形工件的厚度tf，完成试验记录。五、试验记录及数据处理旋轮直径Dr旋轮倾角a参数测量r旋压前厚度t0旋压后厚度tf壁厚减薄率旋轮确定进给量ytf六、考核与报告要求附原理图试验进展分组，每组人数 6 人，每个试验时间为 2 小时，承受指导教师演示与学生独立操作相结合的形式完本钱试验。要求：1、每个学生在试验后经试验室指导教师确认后，方可离开试验室；2、每个学生都要承受统一格式，独立填写具体的试验报告；3、指导教师对每个试验报告评分。