基于数值模拟的锥形件充液拉深工艺研究

摘要

航空、航天和汽车工业等领域使用条件的特殊性对工件材料、性能、精度要求更加苛刻，传统的板材加工技术难以满足要求。板材液压成形技术就是顺应这种需求而发展起来的一种先进的柔性塑性加工工艺。因其工艺柔性高、制件质量好、生产成本低等优点成为铝镁合金等低塑性、难成形轻质材料板材零件提高成形极限、减少成形道次的有效途经之一。随着成形设备和相关控制技术的发展，板材液压成形在许多其它工业领域引起人们的广泛重视，应用前景十分广阔。 在液压成形工艺中，变形条件对板料成形的影响较大，且各参数之间有多种组合方式，工艺参数难以确定。传统确定具体零件液压成形工艺所需的工艺参数大都采用反复试验的方法，既繁琐，又不经济。随着计算机软硬件技术、图形学技术、板料塑性变形理论和数值计算方法等的发展，开创了利用CAE数值模拟分析技术进行板材成形工艺设计的新领域。 本论文针对铝合金等低塑性板材的成形需要，采用主动径向加压和液室加压双路径加载充液拉深新技术，对5A06铝镁合金锥形件成形工艺进行。采用数值模拟的方法，通过LS-DYNA3D为内核的动力显式分析软件ETA/DYNAFORM5.5，对锥形件充液拉深成形过程中板材性能参数、模具参数及成形工艺参数对零件成形的影响规律进行了研究。针对锥形件的结构特殊性，讨论了不同主动径向压力加载路径和液室压力对零件壁厚分布以及起皱、拉裂等缺陷的影响规律。得到了合理的主动径向压力与液室压力的匹配关系。以零件成形最终壁厚分布为评定标准，分析了不同径向压力加载路径对成形质量的影响。模拟结果表明，在合理的液室压力和主动径向压力耦合加载路径的作用下，可有效地抑制零件的过度减薄，降低径向应力、应变，可以一次成型高质量的拉深比为2.2的铝镁合金锥形件，从而显著提高铝镁合金筒形件的拉深极限。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2液压拉深技术的发展及现状

1.2.1板材液压成形技术原理及分类

1.2.2充液拉深的影响因素

1.3板材液压成形的研究及应用概况

1.3.1板材液压成形的国外现状

1.3.2板材液压成形的国内现状

1.3.3液压拉深的应用现状

1.4板材成形数值模拟的研究进展

1.4.1数值模拟技术的发展与应用

1.5课题的研究内容

第2章板材成形数值模拟的基本理论

2.1接触摩擦理论

2.1.1接触点的搜寻

2.1.2接触力的计算

2.2有限元算法

2.2.1动力显式算法求解过程

2.2.2时间步长的确定

2.3板壳单元理论

2.3.1 BT薄壳单元的随动坐标系

2.3.2 BT薄壳单元的应变位移关系

2.4成形性的评价方法

2.4.1成形极限图

2.4.2判断评价函数

2.5本章小结

第3章锥形件的塑性成形分析

3.1锥形件的成形特点及成形方法

3.1.1锥形件的成形特点

3.1.2锥形零件的拉深成形方法

3.2锥形件一次拉深的成形机理

3.2.1锥形件成形中毛坯的受力

3.2.2锥形件成形中的缺陷

3.3本章小结

第4章锥形件充液拉深成形的数值模拟

4.1主动径向加压充液拉深成形原理

4.2充液拉深数值模拟模型和模拟方法

4.2.1模拟模型的建立

4.2.2液室压力加载的模拟方法

4.2.3液室压力加载路径的选取

4.2.4主动径向压力加载路径的选取

4.2.5主动径向力对锥形件成形的影响

4.3主动径向加压充液拉深应力应变分析

4.3.1典型点的应力状态

4.3.2典型点的应变状态

4.4主动径向加压充液拉深成形缺陷分析

4.4.1成形缺陷原因分析

4.4.2液室压力和径向力对缺陷的影响

4.5板材机械性能参数对成形的影响

4.5.1应变硬化指数n

4.5.2厚向异性指数r

4.5.3屈服强度σs

4.5.4屈强比σ/sσb

4.5.5延伸率δ

4.6模具参数对成形的影响

4.6.1凹模圆角半径rd

4.6.1凸模圆角半径rp

4.6.2凸凹模间隙c

4.7工艺参数对成形的影响

4.7.1冲压速度

4.7.2摩擦条件

4.8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