Zr基大块非晶合金本构关系及微齿轮挤压成形工艺研究

摘要

本文以大块非晶合金Zr55Al10Cu5Ni30为研究对象，利用单轴压缩实验研究大块非晶合金在过冷液相区的流变行为，基于虚拟应力模型，通过参数优化和拟合，建立新的、精度较高的本构模型。采用DEFORM-3D有限元分析软件对非晶合金在过冷液相区内进行正挤压成形模拟，分析各类参数对其成形工艺的影响规律，设计和制造微齿轮挤压成形模具，成形出各类齿轮。具体内容如下：
　　(1)通过单轴压缩实验，分析Zr55Al10Cu5Ni30大块非晶合金在过冷液相区的流变行为，基于虚拟应力模型，利用MATLAB遗传算法优化拟合弹性模量，最大应力和最大松弛时间与温度和应变速率的关系，提高了模型对应力峰值及稳态应力值的计算精度；提出了时间调整因子的概念，提高了对应变变化历史的描述准确度，从而得到描述过冷液相区内不同温度、不同应变速率下非晶合金应力-应变关系的新的本构模型，通过单轴压缩实验与虚拟应力模型计算结果的对比，以及正挤压成形模拟与实验的对比，验证了本构模型的正确性。
　　(2)利用已建立的本构模型，对DEFORM-3D有限元分析模拟软件进行二次开发，将非晶合金本构嵌入到材料库中，并对非晶合金进行正挤压成形模拟，分析挤压比、挤压速度、挤压角度和摩擦条件对非晶合金正挤压成形工艺的影响规律，总结非晶合金理想的成形工艺参数。
　　(3)对非晶合金正挤压成形工艺不同变形阶段，不同挤压角度和不同挤压速度下，流动速度场、等效应力、等效应变和等效应变速率分布进行了有限元分析，为实际应用提供了理论指导。并通过模拟微齿轮挤压成形，找出了实际生产中可能出现的问题，提出了解决方案，保证实验的顺利进行及成形齿轮的表面质量和精度。
　　(4)结合微齿轮成形的特点、模拟结果及实验材料本身的特点，设计和制造与微3K-2型行星齿轮减速器中四种齿轮相对应的两套模具，对关键部件进行表面珩磨处理，保证表面光洁度。通过参数调节和控制，成功挤出四种齿轮，内外齿轮齿形清晰饱满，表面平整，基本满足要求，为微齿轮的大规模塑性加工提供了有力参考。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 微塑性成形基础问题研究

1.3大块非晶合金在过冷液相区内塑性变形行为研究

1.4 微型零件成形工艺研究现状

1.5 微模具制造和微成形设备研究

1.6 本课题研究内容和意义

第二章Zr基大块非晶合金在过冷液相区内流变行为研究

2.1 引言

2.2 大块非晶合金的制备

2.3 Zr基大块非晶合金过冷液相区本构模型研究概况

2.4 单轴压缩实验

2.5 Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金在过冷液相区内本构模型的建立

2.6 改进的虚拟应力模型的验证

2.7 本章小结

第三章 Zr基非晶合金挤压成形有限元分析

3.1 引言

3.2 正挤压模拟结果与分析

3.3 各参数对正挤压过程影响的有限元分析

3.4微型内外齿轮正反热挤压成形数值模拟

3.5 本章小结

第四章 微型齿轮挤压成形工艺和模具设计

4.1 引言

4.2 成形模具设计

4.3 模具材料选择和关键部件表面处理

4.4 齿轮挤压成形工艺

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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