铜铝复合板渐进成形零件质量及成形力研究

摘要

板料数控渐进成形是一种先进的板料无模成形技术，因其生产成本低、制造周期短的特点，非常适用于各类板料零件的设计和试制阶段。铜铝复合板作为一种复合材料，兼具铜的高导电、高导热、耐腐蚀和铝的质轻、价廉、资源丰富等优点，广泛地应用于电力系统、机械工业、生活用品等领域。但目前对铜铝复合板的渐进成形过程缺乏深入研究，所以本文以铜铝复合板为对象，通过实验研究了板料数控渐进成形工艺下铜铝复合板的成形特征；针对铜铝复合板渐进成形过程在ABAQUS中建立了有效的有限元模型，分析了铜铝复合板单道次渐进成形力与多道次渐进成形力的特点。论文研究内容及结论如下： （1）通过实验研究了不同工艺参数下铜铝复合板的渐进成形性能、零件表面质量、异种金属界面以及壁厚分布。研究发现：增大工具头直径、减小轴向进给量和进给速度均能小幅度提高板料的渐进成形性能；轴向进给量、成形角和工具头直径等对零件加工面的表面质量有较大影响，而非加工面的表面质量仅受成形角的影响较大；渐进成形前后，板料的铜层和铝层界面未发生较大变化；不同成形角零件的壁厚实测值均小于正弦定律的计算值，以铜为加工面的零件的铜层厚度小于以铝为加工面的零件。 （2）在ABAQUS中分别使用整体和分层的方法定义了板料属性，建立了铜铝复合板渐进成形有限元模型。研究发现：两种方法建立的有限元模型均能准确地模拟板料的成形过程，但分层定义板料属性时，计算时间过长。 （3）研究了单道次渐进成形过程中不同工艺参数对各方向成形力的影响，对比了三种成形力预测值的精度，重新拟合了预测成形力的经验公式。研究发现：随着轴向进给量、工具头直径和成形角的增大，轴向和径向成形力增大；仅轴向进给量对切向成形力有较大影响；有限元方法对成形力的预测值与实测值较符合，而基于纯剪切作用的理论公式和经验公式存在较大误差，重新拟合后得到的经验公式能够准确地预测成形力。 （4）分析了多道次渐进成形力的特征，利用ABAQUS研究了不同多道次成形路径下，渐进成形零件的壁厚分布以及成形力特点。研究发现：板料经一道次渐进成形后，因零件壁厚分布不均、力学性质变化等原因，使得多道次渐进成形的受力情况更加复杂；合适的成形路径不仅能够优化零件的壁厚分布情况，而且还能降低总成形力的最大值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 板料无模成形技术的发展

1.3 板料数控渐进成形技术的研究现状

1.3.1 板料数控渐进成形工艺参数的研究现状

1.3.2 板料数控渐进成形有限元技术的研究现状

1.3.3 板料数控渐进成形新技术的研究现状

1.4 课题研究目的、意义及内容

1.4.1 课题目的和意义

1.4.2 课题研究内容

1.4.3 论文整体框架

第二章 铜铝复合板渐进成形零件质量的实验研究

2.1 引言

2.2 实验设备与材料

2.3 工艺参数对铜铝复合板渐进成形性能的影响

2.3.1 板料数控渐进成形性能的评估

2.3.2 轴向进给量对铜铝复合板渐进成形性能的影响

2.3.3 进给速度对铜铝复合板渐进成形性能的影响

2.3.4 工具头直径对铜铝复合板渐进成形性能的影响

2.4 工艺参数对铜铝复合板渐进成形零件表面质量的影响

2.4.1 板料数控渐进成形零件表面质量的分析

2.4.2 轴向进给量对铜铝复合板渐进成形零件表面质量的影响

2.4.3 成形角对铜铝复合板渐进成形零件表面质量的影响

2.4.4 工具头直径对铜铝复合板渐进成形零件表面质量的影响

2.5 铜铝复合板渐进成形零件的界面分析与壁厚分布

2.5.1 铜铝复合板渐进成形零件的界面分析

2.5.2铜铝复合板渐进成形零件的壁厚分布

2.6 本章小结

第三章 铜铝复合板渐进成形有限元建模与实验验证

3.1 引言

3.2 铜铝复合板渐进成形过程的有限元建模

3.2.1 有限元模拟软件及硬件介绍

3.2.2 部件的建立与装配

3.2.3 材料属性的定义

3.2.4 网格划分与算法选择

3.2.5 接触与摩擦的定义

3.2.6 边界条件与载荷的定义

3.2.7 分析步与前处理的设置

3.2.8 作业的提交与后处理

3.3铜铝复合板渐进成形有限元模型的实验验证

3.3.1铜铝复合板渐进成形零件应变的实验测量

3.3.2铜铝复合板渐进成形有限元模型的实验验证

3.4本章小结

第四章 铜铝复合板单道次渐进成形力的研究

4.1 引言

4.2 单道次渐进成形力的分析

4.2.1板料数控渐进成形力的理论分析

4.2.2板料数控渐进成形力的测量数据分析

4.3 工艺参数对单道次渐进成形力的影响

4.3.1 轴向进给量对铜铝复合板渐进成形力的影响

4.3.2 成形角对铜铝复合板渐进成形力的影响

4.3.3 工具头直径对铜铝复合板渐进成形力的影响

4.3.4 轴向成形力经验公式的校正

4.4 本章小结

第五章 铜铝复合板多道次渐进成形力的研究

5.1 引言

5.2 铜铝复合板多道次渐进成形力的分析

5.2.1铜铝复合板单道次渐进成形后的厚度分布

5.2.2铜铝复合板单道次渐进成形后的力学性质

5.2.3铜铝复合板多道次渐进成形的受力分析

5.3 多道次成形路径对铜铝复合板渐进成形力的影响

5.3.1铜铝复合板多道次渐进成形的路径设计

5.3.2多道次成形路径对铜铝复合板渐进成形零件壁厚的影响

5.3.3多道次成形路径对铜铝复合板渐进成形力的影响

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间获得的奖励及荣誉