中厚板铝合金内孔双面凸台复合成形研究

摘要

内孔双面凸台结构在零件上的使用不仅能够增强零件嵌合在轴上的强度，还能提高零件的轴向定位精度。传统的内孔双面凸台成形主要采用切削加工。这种成形工艺不仅原材料利用率低，并且成形过程复杂、生产效率低。板料体积复合成形是一种既能提高材料利用率又能增强零件机械性能的复合塑性成形工艺。如果能够将板料体积复合成形工艺应用到内孔双面凸台结构成形上，不仅能够克服传统切削加工的缺点，还能发挥板料体积复合成形工艺的优势。因此，研究中厚板内孔双面凸台复合成形工艺对于内孔双面凸台结构在零件制造上的应用具有重要的意义。 本文首先根据内孔双面凸台结构进行成形工艺分析从而确定切实可行的中厚板内孔双面凸台成形工艺方案。在工艺方案确定的基础上，在Deform-2D软件中完成网格划分、材料模型的定义、边界条件的设置、断裂准则的选取等二维有限元模型建立工作。在中厚板内双面凸台复合成形二维有限元模型的基础上，分析了中厚板内孔双面凸台复合成形过程中的金属流动、应力应变分布、等效应变分布、平均应力分布、行程载荷曲线以及凸台端面质量等问题。针对内孔双面凸台成形后期达到成形极限后裂纹出现的位置进行了预测。 在基本变形规律分析的基础上，研究了凸凹模圆角半径、板料厚度、凸台厚度、摩擦系数以及挤压速度等参数对于最大凸模载荷和凸台端面质量的影响规律，并通过正交试验设计，采用方差分析的方法，确定了各工艺参数对于单目标的影响程度大小，然后以最大凸模载荷和凸台端面高度差为优化目标，对上述工艺参数进行了优化，确定了最佳工艺参数组合。 通过模具结构设计完成了中厚板铝合金内孔双面凸台复合成形实验，验证了有限元模拟的准确性以及工艺方案的可行性，并且零件在过度变形后出现了裂纹，裂纹出现的位置以及扩展的方向与有限元模拟结果一致。通过对于内孔双面凸台件的金相试验，得到了不同区域的晶粒形态分布以及显微硬度分布规律，基于有限元模拟得到的宏观变形规律以及金相试验得到的显微组织分布规律，建立了内孔双面凸台复合成形的宏观变形与微观组织演变之间的联系。通过微拉伸测试，分析了内孔双面凸台复合成形对中厚板铝合金力学性能的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2课题相关研究现状

1.2.1凸台结构成形工艺研究现状

1.2.2板料挤压工艺研究现状

1.3课题来源、研究目的及意义

1.3.1课题来源

1.3.2研究目的及意义

1.4本文主要研究内容

1.5本章小结

第2章 有限元模拟理论基础及工艺方案的选择

2.1引言

2.2刚塑性有限元法理论基础

2.3 DEFORM有限元分析软件简介

2.4中厚板内孔双面凸台成形工艺分析

2.4.1成形工艺分析

2.4.2成形工艺方案的确定

2.5本章小结

第3章 中厚板铝合金内孔双面凸台成形有限元模拟

3.1引言

3.2复合成形有限元模型建立

3.2.1复合成形有限元模型

3.2.2复合成形有限元模拟参数的设定

3.3中厚板铝合金内孔双面凸台复合成形有限元分析

3.3.1内孔双面凸台成形过程金属流动速度场

3.3.2内孔双面凸台复合成形过程等效应变分布

3.3.3内孔双面凸台复合成形过程中平均应力场分布

3.3.4内孔双面凸台成形凸台端面质量

3.3.5内孔双面凸台成形过程凸模载荷行程曲线

3.3.6内孔双面凸台复合成形缺陷预测

3.4本章小结

第4章 中厚板铝合金内孔双面凸台成形工艺优化

4.1引言

4.2单因素影响规律分析

4.2.1凸凹模圆角半径对复合成形的影响

4.2.2板料厚度对复合成形的影响

4.2.3凸台厚度对复合成形的影响

4.2.4摩擦对复合成形的影响

4.2.5挤压速度对复合成形的影响

4.3工艺参数对内孔双面凸台复合成形的综合评价

4.4工艺参数的优化设计

4.4.1 Taguchi试验设计方法

4.4.2目标函数及优化参数的确定

4.4.3正交试验安排

4.4.4信噪比S/N分析

4.4.5方差分析

4.4.6多目标优化

4.4.7多目标优化下的S/N值及方差分析结果

4.5本章小结

第5章6061铝合金板内孔双面凸台成形实验研究

5.1引言

5.2坯料制备

5.3挤压模具设计

5.4实验结果分析

5.4.1 6061铝合金板料内孔双面凸台复合挤压实验结果

5.4.2 6061铝合金板料内孔双面凸台晶粒形态分布

5.4.3 6061铝合金板料内孔双面凸台显微硬度分布规律

5.4.4 内孔双面凸台复合成形对6061铝合金板料力学性能的影响

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间科研成果