AA5182铝合金异形孔电磁翻边工艺与数值模拟研究

摘要

目前，铝合金等轻质合金已广泛的应用于汽车、航空航天等领域，其中用于箱体零件与其他管路焊接而设置的翻边孔，能提高连接结构的焊接强度。然而铝合金室温成形性能差，传统翻边工艺加工翻边孔时，翻边孔端部容易出现破裂失效，且成形工艺复杂、无法保证成形质量。使用电磁翻边成形能保证翻边孔成形性能,一次成型且能提高能量利用率。但前人多数集中在研究规则孔翻边成形过程，对异形孔翻边和预制孔设计仍处于探索阶段，本文对其深入研究。　　AA5182铝合金翻边试验研究：开展准静态和电磁椭圆孔翻边工艺试验，研究了放电能量等工艺参数对椭圆翻边质量的影响。电磁与准静态工艺对比表明电磁成形可以提高材料的成形极限和提高翻边高度。结合硬度测试探究对比准静态和电磁样件变形区域基本规律。工艺试验过程中发现等中性层预制孔设计方法无法得到翻边高度一致的工艺样件。　　数值仿真模型建立及验证：通过高速拉伸试验获取AA5182铝合金材料本构模型，并在此基础上，借助LS-DYNA中的电磁EM(Electromagnetism Module)模块建立了铝合金电磁翻边数值仿真模型，利用DIC(Digital Image Correlation)、PDV(Photonic Doppler Velocimeter)两种测量手段获取的速度-时间关系验证了本文建立的电磁翻边数值仿真模型的准确性。　　椭圆形翻边变形分析：利用数值仿真技术研究椭圆电磁样件端部轮廓动态演变过程，并结合电磁场分布规律在电磁学上找到端部轮廓演变依据。然后为了全面的分析样件变形过程，结合数值仿真模型分析样件变形历史及直臂贴模。最后借助数值仿真模型分析变形区域的应变路径及三向应变，揭示出翻边变形的规律。　　新预制孔设计及应用：依据椭圆形翻边变形规律总结提出新的椭圆形预制孔设计方法，而针对圆孔等翻边，根据数值仿真样本数据建立起最优多项式预制孔代理模型。在文中将新椭圆形预制孔设计方法应用在解决椭圆形翻边不平整缺陷上，其翻边结果与设计值吻合度高且能解决椭圆形翻边平整度问题。而最优多项式预制孔代理模型应用在圆形和跑道形电磁翻边上，其翻边结果在设计值上下小幅波动。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 电磁脉冲技术及研究现状

1.2.1 磁脉冲成形

1.2.2 磁脉冲翻边成形

1.2.3 翻边预制孔研究进展概况

1.3 本课题主要研究内容

第2章 5182铝合金椭圆孔翻边工艺

2.1 引言

2.2 翻边试验准备

2.2.1 试样设计

2.2.2 实验设备

2.3 试验结果

2.3.1 翻边结果

2.3.2 PDV测试结果

2.3.3 DIC测试结果

2.4 试验结果分析

2.4.1 放电能量对翻边高度的影响

2.4.2 翻边工艺对翻边质量的影响

2.4.3 翻边件的硬度分析

2.5 翻边缺陷分析

2.5.1 翻边端口不齐

2.5.2 翻边端口厚度分布不均

2.6 本章小结

第3章 椭圆形翻边数值模拟及验证

3.1 引言

3.2 材料模型的建立

3.2.1 板料材料属性及力学性能

3.2.2 5182铝合金Johnson-Cook材料模型

3.3 数值仿真模型建立

3.3.1 电磁仿真模型建立

3.3.2 准静态仿真模型建立

3.4 仿真模型验证

3.5 磁脉冲翻边仿真分析

3.5.1 磁脉冲翻边高度分析

3.5.2 磁脉冲翻边变形分析

3.5.3 磁脉冲翻边磁场分析

3.6 电磁和准静态仿真对比分析

3.6.1 应变路径对比分析

3.6.2 翻边变形应变分析

3.7 本章小结

第4章 新预制孔方法设计及应用

4.1 引言

4.2 基于翻边变形规律的预制孔方法设计

4.2.1 传统预制孔方法缺陷分析

4.2.2 椭圆预制孔设计方法介绍

4.3 最优多项式预制孔代理模型构建

4.3.1 拉丁超立方采样

4.3.2 基于结构选择的最优多项式响应面

4.3.3 基于最优多项式预制孔代理模型构建

4.4 预制孔及工装设计

4.4.1 预制孔板坯设计

4.4.2 工装设计及线圈设计

4.5 电磁数值仿真分析

4.5.1 电磁数值仿真模型建立

4.5.2 椭圆孔电磁仿真分析

4.5.3 圆孔电磁仿真分析

4.5.4 跑道孔电磁仿真分析

4.6 新预制孔公式适用说明

4.7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢