基于FEA的大高径比筒形件液压成形工艺的研究

论文摘要

随着汽车、航空、航天等领域零部件的轻量化需要,铝镁合金、钛合金等轻质合金板料得到了广泛应用。但是,铝镁合金等轻质合金板料的塑性低,成形性较差,尤其对于成形大高径比零件,传统的加工方法很难实现一次拉深成形。本文介绍了板材成形数值模拟基本理论中弹塑性本构方程,以及板材模拟中常用的Barlat屈服准则和Hill屈服准则。对动力显示算法的求解过程和积分稳定条件进行了讨论,从而为板料成形数值模拟的研究提供有力的理论基础。针对铝镁合金等低塑性、大高径比板材的成形需要,采用有限元分析的方法(Finite Element Analysis),应用大型非线性动力显式分析软件ETA/Dynaform5.5,以筒形件的成形极限为研究重点,对5A06铝镁合金筒形件多次拉深成形进行数值模拟,分析筒形件多次拉深的典型塑性变形规律以及起皱和破裂缺陷的控制方法,并对影响筒形件多次拉深成形性的工艺参数进行探讨,从而为实现大高径比铝镁合金筒形件的加工成形提供重要的指导。基于大高径比铝镁合金板材的成形需要,本文提出了一种拉深成形的新方法,即径向加载液压拉深技术。采用数值模拟的方法,以最终成形零件的壁厚分布为评定标准,讨论液室压力加载曲线和径向压力加载路径变化对零件成形性的影响。分析了模具参数、板材性能参数对成形质量的影响。模拟结果表明:采用合理匹配的液室加载路径和径向加载路径,不但够明显地控制破裂和变形不足,使零件厚度变化分布均匀,提高板料贴模性和定型性;而且能够有效的减少成形工序,显著提高了铝镁合金大高径比平底筒形件的成形极限。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 板材液压成形技术在国内外发展概况
• 1.3 板材液压成形技术原理
• 1.4 板材液压成形技术的特点
• 1.5 DYNAFORM 软件简介
• 1.6 课题的主要研究内容
• 第2章 板材成形数值模拟的基本理论
• 2.1 弹塑性本构关系
• 2.2 材料屈服准则
• 2.2.1 Barlat 屈服准则
• 2.2.2 Hill 屈服准则
• 2.3 有限元算法
• 2.3.1 动力显式算法求解过程
• 2.3.2 显示积分算法的稳定条件
• 2.4 板壳单元
• 2.5 本章小结
• 第3章 筒形件多次拉深成形的数值模拟
• 3.1 筒形件多次拉深工艺计算
• 3.1.1 拉深零件的毛坯尺寸计算
• 3.1.2 计算拉深次数
• 3.1.3 计算各次拉深直径
• 3.1.4 凸凹模工作尺寸的确定
• 3.1.5 拉深高度的近似计算
• 3.2 第一次拉深数值模拟
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 第一次拉深的模拟结果分析
• 3.3 第二次拉深数值模拟
• 3.3.1 第二次拉深数值模拟的技术处理
• 3.3.2 多次拉深典型点塑性变形分析
• 3.3.3 模具间隙对筒形件成形结果的影响
• 3.3.4 冲压速度对零件成形结果的影响
• 3.3.5 摩擦系数对筒形件成形结果的影响
• 3.4 第三次拉深的模拟结果分析
• 3.5 第四次拉深的模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 筒形件径向加压液压拉深成形的数值模拟
• 4.1 筒形件径向加压液压拉深工艺
• 4.1.1 径向加压液压拉深成形原理
• 4.1.2 模拟模型的建立
• 4.2 液室压力加载的模拟方法
• 4.2.1 液室压力加载路径的选取
• 4.2.2 液室压力对成形结果的影响
• 4.3 径向压力加载的模拟方法
• 4.3.1 径向压力加载路径的选取
• 4.3.2 径向压力对成形结果的影响
• 4.4 模具参数对成形结果的影响
• d'>4.4.1 凹模圆角半径r_d
• p'>4.4.2 凸模圆角半径r_p
• 4.4.3 压边间隙
• 4.5 板材性能参数对成形结果的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢