铝合金机轮轮毂锻压成形工艺仿真与实验研究

论文摘要

机轮轮毂作为飞机的主要承力部件,长期工作在高强度和高负荷的环境下,容易出疲劳裂纹等缺陷,其质量对飞机的安全起着重要的作用。如何获得抗疲劳性能优良的机轮轮毂锻件是锻造工艺研究面临的重要课题。本文利用数字仿真方法与模拟件实验对机轮轮毂的锻压成形工艺进行了研究。开展了如下主要工作：(1)利用有限元仿真软件Deform 2D对铝合金机轮轮毂锻压成形工艺进行了数字仿真,研究了机轮轮毂的锻造工艺参数对成形载荷、金属流动、应力、应变、流线的影响规律,结果表明：(a)适度提高模具温度,可提高锻件温度以及温度场分布均匀性,降低流变应力和成形载荷；(b)降低变形速度,可有效降低成形载荷；(c)增大摩擦因子可显著减小流线露头缺陷,改善锻件流线形态；(d)在等温模锻工艺下,成形载荷只有热模锻工艺时的57%,流线分布合理。(2)利用Deform 3D与CA微观组织模拟软件,对热模锻及优化后的等温模锻工艺下锻件微观组织演变进行仿真研究,研究结果表明：等温锻造工艺条件下,锻件位错密度分布均匀、动态再结晶百分数提高、动态再结晶充分、晶粒细小均匀,有效地抑制裂纹的生成和发展；(3)对机轮轮毂缩比件(1：5)锻造工艺开展了实验研究,分析了热模锻与等温模锻工艺对锻件成形质量的影响。实验与仿真研究表明采用等温锻造工艺成形机轮轮毂可改善微观组织,有效抑制缺陷产生,提高锻件抗疲劳性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机轮轮毂及其成形工艺国内外现状
• 1.2.1 国内外机轮轮毂概况
• 1.2.2 国内外机轮轮毂成形工艺现状
• 1.3 数值模拟技术在塑性加工中的应用
• 1.3.1 有限元宏观模拟方法
• 1.3.2 微观组织模拟方法
• 1.4 本文课题来源与研究内容
• 第二章 机轮轮毂锻造工艺模拟及优化
• 2.1 铝合金的锻造特点及常见缺陷
• 2.2 锻压成形工艺仿真软件介绍
• 2.2.1 Deform软件概况
• 2.2.2 Deform软件模块结构
• 2.2.3 Deform软件功能
• 2.3 机轮轮毂锻件模具设计
• 2.4 锻压成形工艺仿真与优化
• 2.4.1 模拟方案与基本参数
• 2.4.2 机轮轮毂成形过程分析
• 2.4.3 温度对质量的影响
• 2.4.4 速度对质量的影响
• 2.4.5 摩擦对质量的影响
• 2.4.6 成形工艺优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 机轮轮毂锻压成形微观组织演化
• 3.1 微观组织模拟基本方法
• 3.1.1 热塑性变形中的微观组织演变
• 3.1.2 塑性成形微观组织模拟技术发展现状
• 3.2 动态再结晶模型
• 3.2.1 元胞自动机法
• 3.2.2 流变应力模型
• 3.2.3 位错密度模型
• 3.2.4 形核速率模型
• 3.2.5 动态再结晶长大模型
• 3.2.6 晶粒变形模型
• 3.3 机轮轮毂微观组织演化数字模拟
• 3.3.1 仿真方案与基本参数
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 机轮轮毂锻压成形工艺实验研究
• 4.1 模具及实验设备设计
• 4.2 实验材料及方法
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果