半固态A356合金介观尺度微触变成形工艺研究

摘要

本论文结合国家自然科学基金项目“超声振动辅助介观尺度半固态金属微触变成形的理论和方法研究”(项目编号：50775203)，针对半固态成形技术在金属微成形领域的应用这一新课题，研究了半固态A356合金介观尺度微触变成形工艺的关键技术。论文对半固态A356合金高频感应二次加热工艺，半固态A356合金材料高温流动特性及本构模型，微触变成形过程有限元仿真及微触变成形工艺参数分析与优化等方面进行了深入研究，并将半固态微触变成形技术应用于甲醇重整制氢微通道反应器反应载体薄板的制造过程。
　　 第一章，主要阐述了论文研究的背景与意义，对金属微成形技术的国内外研究现状，半固态成形技术关键技术环节的国内外研究现状以及半固态微成形课题的国内外研究现状作了详细介绍，并提出了本文的主要研究内容和论文框架。
　　 第二章，主要研究了半固态感应二次加热工艺参数，并完成了坯料感应二次加热的方案设计。分析了半固态A356合金高频感应二次加热过程中，坯料微观组织与加热步骤、加热时间、保温时间、保温温度等工艺参数的关系。在工艺参数分析的基础上，对不同尺寸半固态A356合金坯料的感应二次加热方案进行了设计，并对实验结果进行了处理和分析。
　　 第三章，主要研究了半固态A356合金高温流动特性及本构模型。利用Gleeble1500D型热模拟机，对半固态A356合金坯料进行单向等温压缩试验，分析了半固态A356合金高温变形行为与变形工艺参数的关系。利用热模拟压缩实验数据，通过多元线性回归分析，建立了半固态A356合金材料稳态流动条件下的本构模型。
　　 第四章，主要对半固态A356合金微触变成形过程进行了有限元仿真分析。在Deform-3D中，对半固态A356微触变成形过程建立了热力耦合的刚粘塑性有限元模型，研究了成形速度、摩擦条件等成形参数对成形结果的影响，分析了带微凸台阵列结构零件的微触变成形规律。
　　 第五章，主要对介观尺度下带微凸台阵列结构的薄板零件半固态微触变成形工艺参数进行了实验研究，并制造了带微凸台阵列结构的甲醇重整制氢微通道反应器反应载体薄板。首先，设计和搭建了半固态微触变成形实验系统，并基于正交试验设计，研究了带微凸台阵列的薄板零件半固态微触变成形各工艺参数对成形效果的影响。在工艺参数分析的基础上，综合平衡两个优化目标，得到了优化的工艺参数组合。进而将半固态微触变成形技术应用于甲醇重整制氢微通道反应器反应载体薄板的制造过程。
　　 第六章，对本文的研究内容进行了总结，并展望了未来的研究工作。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 论文研究的背景与意义

1.2 金属微成形技术的研究现状

1.2.1 金属微成形工艺的研究现状

1.2.2 金属微成形尺度效应的研究现状

1.2.3 金属微成形设备的研究现状

1.3 半固态金属成形技术的研究现状

1.3.1 半固态金属感应二次加热的研究现状

1.3.2 半固态金属材料本构模型的研究现状

1.3.3 半固态成形有限元仿真技术的研究现状

1.4 半固态微成形的研究现状

1.5 论文主要研究内容与框架

1.6 本章小结

2 半固态A356合金坯料感应二次加热工艺研究

2.1 感应加热原理

2.2 感应二次加热实验系统搭建及材料显微组织分析

2.2.1 A356合金常温下的显微组织分析

2.2.2 感应二次加热实验系统搭建

2.3 感应二次加热工艺参数对坯料微观组织的影响研究

2.4 感应二次加热方案设计及实验结果

2.5 本章小结

3 半固态A356合金流动特性及本构模型研究

3.1 引言

3.2 单向等温压缩变形实验

3.3 实验数据预处理

3.4 半固态A356合金流动特性及本构模型研究

3.4.1 半固态A356合金流动特性研究

3.4.2 半固态A356合金本构模型研究

3.5 本章小结

4 半固态A356合金微触变成形过程有限元仿真研究

4.1 引言

4.2 微触变成形过程有限元建模

4.2.1 几何模型的建立

4.2.2 材料模型的建立

4.2.3 摩擦模型的建立

4.3 仿真计算结果分析

4.3.1 成形速度对温度场分布的影响分析

4.3.2 摩擦系数对成形效果的影响分析

4.4 微凸台阵列成形规律分析

4.5 本章小结

5 半固态A356合金微触变成形工艺参数实验研究与应用

5.1 引言

5.2 半固态A356合金微触变成形实验系统设计与搭建

5.3 半固态A356合金微触变成形工艺参数研究及优化

5.3.1 正交试验设计

5.3.2 成形工艺参数分析与优化

5.4.3 成形工件微观组织分析

5.4 微触变成形在微反应器反应载体薄板制造中的应用

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

参加的科研项目及取得的科研成果

1 发表的学术论文

2 申请及授权的国家专利及软件著作版权登记

3 参加的科研项目