板料凸起成形的冲锻复合塑性成形工艺及其机理研究

摘要

冲锻复合塑性成形技术具有材料利用率高、生产效率高、零件尺寸精度高和综合力学性能好等特点,已广泛应用于中小型制件的批量化生产中,并成为当前塑性成形领域研究的热点和重点。凸起成形,作为箱体、腔体及壳体产品的小型化、轻量化的结构设计,广泛应用于汽车、电子等行业中。本文以底部带凸起结构的筒形件为研究对象,基于冲锻复合塑性成形技术,采用理论力学分析、有限元数值模拟和工艺试验相结合的方法,对凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合成形工艺及变形机理进行了系统研究。
　　首先介绍了凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合塑性工艺过程及成形原理;基于Tresca屈服准则,分析了凸起成形的传统反挤压法与本文提出来的拉深-镦挤冲锻复合成形法的异同,指出冲锻复合工艺成形凸起结构时成形载荷低。利用主应力法,分析了凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合工艺的三个主要变形区域的力学特征,重点研究了筒形件凸起底部材料的流动规律,发现了成形过程中凸起底部变形区存在一个分流界面,并基于塑性增量理论,指出凸起成形过程中底部材料分流特征的本质机理是分流面上任意质点的应变罗德参数为零。同时,推导了分流面半径的理论公式,提出了一个表征板料凸起成形能力的无量纲参数——凸起度。
　　利用 DEFORM-3D有限元软件对凸起成形的反挤压工艺及拉深-镦挤冲锻复合工艺过程进行了数值模拟分析,重点比较了两种加工方法的加工载荷、分流面位置及凸起度的异同。模拟结果表明:当成形同一凸起高度3mm时,反挤压加工载荷为冲锻复合成形的三倍左右;反挤压工艺随着板料的变薄分流面位置出现外移,而冲锻复合工艺为内移规律;冲锻复合工艺的凸起度值在整个凸起成形过程中近似保持不变的规律,而反挤压工艺随着板料的变薄而增大。同时,研究了拉深-镦挤冲锻复合成形中底部缩孔缺陷的形成过程及其缩孔机制图。
　　最后,设计了相应的成形模具,对拉深-镦挤冲锻复合成形工艺进行了试验研究。结果表明实验加工载荷值与模拟值大致吻合,且稍高于最小成形力理论计算值,验证了有限元数值模拟与理论计算结果的有效性与可行性。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 复合塑性成形技术简介

1.3 板料冲锻复合成形技术国内外研究动态

1.4 本文研究的目的、意义及主要内容

第2章 凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合成形原理及力学分析

2.1 凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合工艺原理

2.2 凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合变形模式及力学分析

2.3 材料分流特征的本质机理

2.4 板料凸起成形指标——“凸起度”（Boss-ability）的提出

2.5 本章小结

第3章 凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合成形过程数值模拟

3.1 DEFORM软件介绍

3.2 轴对称中心部凸起成形过程的有限元解析

3.3 拉深-镦挤冲锻复合成形中底部缩孔形成过程及控制

3.4 润滑区域对冲锻复合工艺成形凸起的影响

3.5 本章小结

第4章 凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合工艺实验研究

4.1 实验材料

4.2 实验装置

4.3 实验凸凹模结构设计

4.4 实验条件

4.5 结果分析与讨论

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已公开发表的论文