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中国有色金属学报 2017年第11期27卷 2221-2227页

作者：董文正张存园林启权王志刚湘潭大学机械工程学院湘潭411105 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 日本岐阜大学岐阜501-1193

以铝合金筒形件底部实心凸起成形为例,提出采用拉深-镦挤板锻造工艺成形中心实心凸起结构,结合有限元模拟技术及工艺实验方法,比较传统反挤压工艺与板锻造工艺成形实心凸起结构的异同。结果表明:当成形同一凸起高度时,板锻造成形载荷比... 详细信息

以铝合金筒形件底部实心凸起成形为例,提出采用拉深-镦挤板锻造工艺成形中心实心凸起结构,结合有限元模拟技术及工艺实验方法,比较传统反挤压工艺与板锻造工艺成形实心凸起结构的异同。结果表明:当成形同一凸起高度时,板锻造成形载荷比反挤压成形载荷减小一倍左右。板锻造成形过程中,底部分流面位置先内移后趋于稳定;而在反挤压成形过程中,底部分流面位置先趋于稳定后外移。凸模与板料上表面的单面润滑可有效防止底部缩孔缺陷。

关键词：铝合金板材实心凸起板锻造分流面缩孔机制

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5052铝合金板热拉伸流变应力及实心凸起板锻造成形性研究

5052铝合金板热拉伸流变应力及实心凸起板锻造成形性研究

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作者：王晓伟湘潭大学

学位级别：硕士

本文以5052铝合金板材作为研究对象,对其力学性能、断口形貌以及基于板锻造成形工艺技术对带有实心凸起结构的筒形件进行了探究。首先,为获得5052铝合金在不同温度和应变速率下的应力-应变曲线,选取厚度为2mm的铝合金薄板按照实验需求... 详细信息

本文以5052铝合金板材作为研究对象,对其力学性能、断口形貌以及基于板锻造成形工艺技术对带有实心凸起结构的筒形件进行了探究。首先,为获得5052铝合金在不同温度和应变速率下的应力-应变曲线,选取厚度为2mm的铝合金薄板按照实验需求进行热拉伸实验,结果表明:在热拉伸实验中,随着应变速率的增加,材料的屈服强度和抗拉强度不断增加,其断面延伸率不断减少;随着温度的升高,5052铝合金的屈服强度和抗拉强度不断降低,其断面延伸率显著增加。通过5052铝合金板材在不同条件下的热拉伸实验中获得应力-应变曲线,采用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述5052铝合金的热拉伸流变应力行为,其变形激活能为162.72kJ/mol,其5052铝合金板材的流变应力方程为ε=A(ε){sinh[α(ε)σ]n(ε)exp[-Q(ε)/RT]其中各材料参数函数随应变的变化关系如下:利用SEM等手段,从微观上考察了 5052铝合金在不同的应变速率和不同温度下的断口形貌,结果显示:在低温下拉伸变形时,出现大量尺寸较小且深度浅的韧窝,韧窝周围出现参差不齐的撕裂棱,随着拉伸变形温度的升高韧窝深度和尺寸均增大;在应变速率为0.1s-1下拉伸时,其断口韧窝较深,表面撕裂棱极为不平整,随着应变速率的降低,韧窝尺寸增大,表明试样高温低应变速率下拉伸断裂前有大量的时间发生了韧窝长大并聚集,形成较大的韧窝,具有较好的塑性,其成形能力大大提高。从而表明5052铝合金对温度和应变速率具有一定的敏感性。基于DEFROM有限元软件平台,将获得铝合金热拉伸流变应力模型中的参数输入该软件中,对带有凸起结构的圆筒件进行模拟分析,探讨了成形过程中在不同成形温度、摩擦条件、凸起几何结构和工艺参数下的成形性能,模拟结果发现,在不同的温度下,随着凸模与板料之间的摩擦系数增加,凸起圆角半径和凸起半径增大,实心凸起的凸起度值不断升高,表明其凸起的成形性提高,且在673K时锻造成形实心凸起的凸起度值最大;背压载荷与压边力的增大,促进了成形过程中材料的流动性,凸起高度随其增大而增大。最后,根据板锻造成工艺的特点设计相应模具,通过YP32-315比例控挤压拉深复合成形试验机对其进行板锻造成形实验研究。结果表明:在板锻造成形实心凸起时,其模拟结果与实验结果基本吻合,并验证了在板锻造复合成形过程中材料的不同流变应力模型的差异性,为后期深入研究提供了科学依据。

关键词： 5052铝合金热拉伸流变应力模型板锻造实心凸起

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筒形件底部实心凸起板锻造成形工艺及缺陷研究

筒形件底部实心凸起板锻造成形工艺及缺陷研究

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作者：张存园湘潭大学

学位级别：硕士

近年来,随着制造业水平的提高,高精密、低能耗、安全环保的产品生产已成为塑性成形领域创新研究的热点课题,不断推动着新型工艺的发展。板锻造是以板料或其半成品为毛坯在冲压成形过程中控制材料流动成形局部具有三维特征结构金属件的... 详细信息

近年来,随着制造业水平的提高,高精密、低能耗、安全环保的产品生产已成为塑性成形领域创新研究的热点课题,不断推动着新型工艺的发展。板锻造是以板料或其半成品为毛坯在冲压成形过程中控制材料流动成形局部具有三维特征结构金属件的精密塑性成形方法,成形板材上带凸起结构特征的薄板零件具有明显的优越性。本文以筒形件底部实心凸起结构板锻造成形为例,基于主应力法,分析了筒形件底部实心凸起成形过程中拉深区域、凸模圆角区域及凸模底部区域的力学特征,重点研究了凸起底部和凸模圆角底部应力分布及金属流动规律,建立了凸起底部缩孔力学模型,推导出了凸起底部极限板材厚度的理论预测公式,提出了弯矩作用成形实心凸起的概念。基于DEFORM有限元软件平台,开发了Swift本构模型的子程序模块,从而对筒形件底部实心凸起板锻造成形过程进行模拟分析,对比了反挤压和板锻造成形实心凸起应力分布和材料流动速度分布情况。模拟结果发现,两种成形工艺在实心凸起底部挤压区应力具有沿厚度方向和半径方向呈线性增加分布;当成形同一实心凸起高度时,反挤压成形载荷仅是板锻造成形载荷的两倍左右,且在挤压区径向流动速度是板锻造成形的几十倍。同时,探讨了摩擦条件、凸起几何结构及毛坯厚度对实心凸起底部缺陷形成的影响规律,建立了实心凸起板锻造成形失效机制图。研究结果表明,板材凸起一侧润滑条件越差,凸起半径越大、凸起圆角越小、毛坯越薄越容易形成缩孔;当凸起圆角半径过大,一次缩孔深度随凸起底部厚度减薄一直增加。此外,通过板锻造成形实心凸起结构工艺试验,验证了理论结果与模拟结果的可靠性。最后文章提出了货车摇动座板锻造成形工艺,并对模具和毛坯结构进行了优化,显著减少了成形工序,节约了材料,提高了摇动座成形性能。

关键词：板锻造实心凸起有限元模拟成形缺陷主应力法

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6060铝合金本构模型的建立及实心凸起板锻造成形研究

6060铝合金本构模型的建立及实心凸起板锻造成形研究

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作者：游飞湘潭大学

学位级别：硕士

带有凸起特征的结构在轻量化产品中扮演着定位、固定、铆接、加强等角色,并广泛应用于汽车、仪器仪表、电子电器等领域。传统的反挤压工艺成形金属板材实心凸起存在加工载荷大、凸起底部缩孔缺陷严重等问题,开发凸起成形新工艺对解决传... 详细信息

带有凸起特征的结构在轻量化产品中扮演着定位、固定、铆接、加强等角色,并广泛应用于汽车、仪器仪表、电子电器等领域。传统的反挤压工艺成形金属板材实心凸起存在加工载荷大、凸起底部缩孔缺陷严重等问题,开发凸起成形新工艺对解决传统成形工艺的不足具有重要的理论意义与工程实用价值。板锻造是在传统板料冲压工艺的基础上,融入镦粗、挤压、模锻等体积成形工艺,可用于成形含三维立体特征的非等厚复杂金属零件,是一种极具潜力的精密塑性成形技术。本文以6060铝合金为研究对象,综合运用热拉伸实验、有限元数值模拟及FORTRAN二次开发、拉深-镦挤板锻造成形实验等手段,对圆筒形件底部四凸起成形工艺进行研究,主要工作内容和成果如下:1、对6060铝合金板材进行温热拉伸实验,成形温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃和450℃,应变速率分别为0.001s、0.01s、0.1s。通过分析实验数据可以获得6060铝合金的真实应力应变曲线,运用origin等绘图软件对实验数据进行拟合可以得到Fields-Backofen本构方程。通过扫描电镜观察6060铝合金拉伸后的断口形貌,发现温度越高、应变速率越低,断口表面的韧窝越深,塑性性能越好,表明6060铝合金对温度和应变速率具有一定的敏感性。2、采用Fortran语言编写程序进行二次开发,将Fields-Backofen本构方程导入Deform-3D软件中,运用Deform-3D软件对带四凸起的6060铝合金筒形件板锻造成形过程进行数值模拟。通过分析凸起结构位置对四凸起结构成形性的影响,确定了凸起结构的合适位置;讨论了模具结构参数、接触条件、温度、板料厚度和背压载荷等对实心凸起成形性的影响关系,结果表明:凸起半径越小、凸模与板料之间的摩擦系数越小,其凸起成形性越好;随着温度的升高,凸起的成形性能不断提高;适当增加背压载荷可以提高板锻造四凸起成形高度。3、根据Deform-3D模拟结果进行模具设计,并对底部有四凸起的6060铝合金筒形件进行板锻造成形实验,并与模拟结果对比,验证了数值模拟的准确性和可靠性。

关键词：热拉伸流变应力模型实心凸起板锻造 6060铝合金

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实心凸起板锻造成形失效机制的仿真研究

实心凸起板锻造成形失效机制的仿真研究

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创新塑性加工技术，推动智能制造发展——第十五届全国塑性工程学会年会暨第七届全球华人塑性加工技术交流会

作者：林启权王晓伟董文正张存园湘潭大学

以凸起为特征的局部结构在现代轻量化产品中扮演着定位、固定、加强等角色,在汽车、仪器仪表、电子电器等领域得到广泛应用。本文采用拉深-镦挤工艺成形圆筒形件底部中心凸起结构,结合有限元数值模拟手段,分析了毛坯厚度、凸起半径、凸... 详细信息

以凸起为特征的局部结构在现代轻量化产品中扮演着定位、固定、加强等角色,在汽车、仪器仪表、电子电器等领域得到广泛应用。本文采用拉深-镦挤工艺成形圆筒形件底部中心凸起结构,结合有限元数值模拟手段,分析了毛坯厚度、凸起半径、凸起圆角半径等对凸起成形的影响,建立了实心凸起板锻造成形失效机制图。

关键词：实心凸起板锻造缩孔缺陷有限元模拟

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