薄板及薄壁管深孔摩擦热成形仿真分析

摘要

薄板成等壁厚深孔加工是一种区别于传统孔加工方法的绿色特种加工方法。本文通过摩擦钻具与工件之间的旋转摩擦生热，先对成孔区材料进行升温软化，降低其变形抗力，进而施压贯穿成孔，孔的深度大于板厚。本文开发了一种新工艺，利用工装与钻具的挤压使所加工的孔壁厚度均匀而得到等壁厚的深孔。由于本工艺利用金属本身的塑性进行加工，不会产生切屑，通过热挤压加工的孔获得再结晶组织，具有合理的流线分布，从而使工件具有更好的机械性能。本文还仿真研究了利用摩擦热在薄壁管类钣金件上加工深孔。本文主要做了以下研究工作：
　　基于Markov变分原理构建了等壁厚深孔刚塑性有限元模型，分析等壁厚深孔成形特点进行了工装设计及选取工装材料，建立了等壁厚深孔成形热传递模型对热传导系数进行了求解。
　　基于上限法建立了成形区材料的挤压力模型，基于伽列金法建立了温度场模型，采用向前欧拉法对热力耦合模型进行了求解，采用DEFORM软件对等壁厚深孔成形进行了单因素仿真分析。采用点追踪法对成孔区温度场变化规律进行了分析，对成孔工艺参数进行了优化分析，设计并进行了等壁厚深孔试验，对试验结果成孔区的表面质量进行了检测分析，研究了力热交互作用对成孔表面质量的影响规律，对试验结果与仿真模型进行了对比分析验证了仿真模型的准确性。
　　基于积分法建立了薄壁管径向极限载荷理论模型，采用DEFORM软件对薄壁管摩擦热成孔进行了单因素仿真分析，对两组工艺参数仿真结果的力热及光孔形貌进行了对比分析，总结了薄壁管摩擦热成孔轴向力变化规律及力热交互关系，验证了薄壁管摩擦热成孔的可行性。
　　本文对薄板等壁厚深孔加工的探究及薄壁管深孔加工的仿真分析对进一步发展完善薄板深孔加工工艺很有意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2 薄板成深孔成形技术的国内外研究现状

1.3薄壁管开孔问题研究现状

1.4摩擦学研究现状

1.5塑性成形工艺数值模拟技术发展现状

1.6论文选题的目的和意义

1.7课题来源及主要研究内容

第2章 等壁厚成孔有限元模型建立及仿真准备

2.1刚塑性有限元法假设和基本方程

2.2加工过程中的热量分布研究

2.3工装尺寸计算

2.4工装材料选择

2.5摩擦系数及热传递边界条件分析

2.6本章小结

第3章 等壁厚深孔仿真分析

3.1材料成形本构方程模型

3.2不同工艺参数下成孔仿真分析

3.3本章小结

第4章 成孔力热分析及其质量检验

4.1成孔区挤压力模型的建立

4.2挤压成形阶段热平衡方程模型

4.3模型的离散化

4.4温度场的伽列金算法

4.5热力耦合分析

4.6等壁厚深孔成形质量分析

4.7本章小结

第5章 薄壁管摩擦热成孔仿真分析

5.1薄壁管摩擦热成孔极限载荷研究

5.2薄壁管摩擦热成孔仿真研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢