微型铝合金轴承座冲锻复合成形模拟与优化研究

摘要

冲锻复合成形是一种将板料成形与体积成形相结合的不等厚板料件成形新工艺。该工艺具有板料成形的变形面积大及体积成形的厚度不均的优点，可以取代铸造、焊接、切削等传统工艺，既提高了生产效率，也改善了制件的机械性能。本文针对某种型号的微型轴承座，采用冲锻复合成形工艺，研究关键工位的成形规律，通过优化获取最优工艺参数组合方案。
　　 首先，对微型轴承座进行工艺分析，采用挤压成形凸缘上的小圆柱，分析成形过程材料流动规律，验证了该方法的可行性。其次，为了避免前后工位的影响考虑采用冲挤复合成形工艺来成形筒形部位。利用专业有限元软件DEFORM对筒形部位的成形进行数值模拟分析，得到冲挤复合成形工艺的一些成形规律。结果表明冲挤成形过程中，金属材料的变形区主要集中在冲头底部。压料板下面的材料仅发生弹性变形，对上一步成形的形状不产生影响。
　　 在综合分析了冲挤成形过程材料的变形规律后，选用数值模拟与正交试验结合的方法分析摩擦系数、反顶力和压边力三个关键参数对损伤damage值的影响。采用极差分析的手段，判断指标对各工艺参数的敏感程度。结果显示摩擦系数对damage影响最大，其次是反顶力，压边力的影响最小。基于正交试验的分析结果，选取零件的damage值作为优化目标，结合人工神经网络的遗传算法对工艺参数进行优化，优化结果表明通过优化后的工艺参数可以获得最低的损伤值，极大地提高了材料的成形性能，相应得到的制件质量也是最优的。
　　 最后，零件采用精冲落料成形，对精冲工艺进行模拟，获得合理的工艺参数，以生产出符合要求的制件。同时，针对不同的断裂准则进行精冲成形模拟，探讨不同断裂准则下精冲裂纹的萌生与扩展，获得应力三轴度对精冲裂纹的影响规律，为有效模拟精冲断裂过程选择合适断裂准则提供必要的依据。结果表明，应力三轴度越小裂纹越晚萌生；而齿形齿圈能够提高静水压应力，降低应力三轴度。N-CL模型在模拟薄板精冲时裂纹的萌生与发展与实际更加吻合。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪论

1.1前言

1.2精冲及精冲复合成形技术的发展与研究概况

1.2.1精冲研究发展概况

1.2.2精冲复合成形发展概况

1.3冷锻级进模工艺及流动控制成形工艺发展概况

1.4课题来源与主要研究内容

第二章 刚塑性有限元法及韧性断裂准则相关理论

2.1刚塑性有限元法

2.1.1概述

2.1.2刚塑性材料的边值问题

2.1.3理想刚塑性材料的变分原理

2.1.4刚塑性材料广义变分原理

2.2韧性断裂准则

2.2.1概述

2.2.2几种常见的断裂准则

2.3 DEFORM简介

2.3.1前处理器

2.3.2模拟处理器

2.3.3后处理器

2.4本章小结

第三章 微型轴承座工艺分析及挤出凸台模拟分析

3.1微型轴承座几何信息及三维建模

3.2微型轴承座的成形工艺分析

3.2.1冲锻复合成形工艺设计要点

3.2.2微型轴承座的材料

3.2.3微型轴承座成形工艺方案分析

3.3小凸台反挤压成形数值模拟分析

3.3.1挤出凸台数值模拟

3.3.2小凸台成形过程分析

3.4本章小结

第四章 筒形件冲挤成形数值模拟与工艺参数优化

4.1引言

4.2 DEFORM-3D的二次开发

4.3数值建模

4.4模拟结果分析

4.4.1金属流动分析

4.4.2速度场分析

4.4.3等效应力场和等效应变场分析

4.4.4断裂分析

4.5正交试验优化分析

4.5.1正交试验

4.5.2正交试验优化分析

4.6人工神经网络建模

4.6.1 BP神经网络

4.6.2 BP神经网络的学习算法

4.6.3神经网络的泛化能力

4.6.4 BP神经网络的建立与学习

4.7遗传算法优化冲挤工艺参数

4.7.1遗传算法原理

4.7.2结合人工神经网络的遗传算法优化

4.8优化结果验证

4.9本章小结

第五章 精冲数值模拟与断裂准则分析

5.1精冲模具设计要点

5.2精冲模具设计

5.2.1冲裁间隙及凸凹模圆角半径

5.2.2 V形压边圈的尺寸参数

5.2.3冲裁力、压边力与反顶力的计算

5.3精冲数值模型的建立

5.4精冲数值模拟结果分析

5.4.1 V型齿圈压入坯料

5.4.2精冲分析

5.5精冲韧性断裂准则的分析比较

5.5.1韧性断裂模型

5.5.2精冲损伤数值模拟

5.5.3结果分析

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文