细晶镁合金薄板超塑气胀成形有限元模拟与分析

论文摘要

镁合金是常用金属材料中最轻的一种,它的密度小,只有铝合金的2/3,钛合金的1/3;具有高的比强度、比刚度、尺寸稳定性,也具有良好的电磁屏蔽性、导热性,且易于回收;广泛应用于航空航天、汽车、通讯、和电子工业。所以说研究镁合金的成形规律、成形模拟技术对于实现镁合金加工的实用化和产业化具有重要的现实意义和经济价值。由于镁合金的六方晶体结构(HCP),导致镁合金成形能力较低,室温下用常规的塑性成形方法制造一些镁合金空心壳体零件是比较困难的。因此,研究其在一定条件下是否具有超塑性能,采用超塑气胀成形,对扩大其实际应用范围,形成较复杂形状的镁合金零件,将有较大的实际意义。本文利用有限元分析软件Marc模拟了镁合金半球件,方盒形件和阶梯形件的超塑成形过程。优化了超塑成形过程中镁合金半球件,方盒形件和阶梯形件的成形工艺参数。分析了半球件,方盒形件和阶梯形件在超塑成形的不同阶段不同区域的厚度分布和应变速率分布。确定了模具结构、摩擦系数、应变速率敏感性指数、成形压力对镁合金方盒形件和阶梯形件的超塑成形的影响规律,为镁合金板材超塑气胀成形实验研究奠定了基础。通过数值模拟研究,确定了镁合金板材超塑成形时合理的工艺参数范围。并通过半球形件模拟和实验的对比验证了模拟的准确性,从而用模拟来进一步指导实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金发展概述
• 1.2 金属镁及其合金的特性
• 1.3 超塑性研究概述
• 1.3.1 超塑性历史及发展现状
• 1.3.2 镁合金超塑性的发展
• 1.3.3 超塑性变形的特点
• 1.3.4 镁合金超塑成形工艺
• 1.4 有限元模拟在超塑性方面的研究进展
• 1.5 课题研究的目的、意义及主要研究内容
• 第2章 超塑成形有限元数值模拟基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 本构方程
• 2.3 刚塑性∕刚粘塑性有限元法基本力学方程
• 2.4 刚塑性∕刚粘塑性有限元法变分原理
• 2.5 刚塑性∕刚粘塑性有限元求解列式
• 2.5.1 离散化与线性化
• 2.5.2 单元应变速率矩阵
• 2.5.3 单元刚度矩阵
• 2.6 超塑成形数值模拟软件MSC.Marc
• 2.6.1 Marc 软件的组成
• 2.6.2 Marc 软件模拟超塑成形过程的优点
• 2.7 本章小结
• 第3章 ZK60 半球形件超塑气胀成形研究
• 3.1 引言
• 3.2 超塑胀形基本原理
• 3.3 半球形件超塑性成形力学计算
• 3.4 半球形件超塑胀形过程的数值模拟及分析
• 3.4.1 参数的选择及有限元模型的建立
• 3.4.2 厚度分布模拟
• 3.4.3 模拟结果分析
• 3.5 半球形件超塑胀形实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 AZ31 方盒形件超塑成形数值模拟
• 4.1 材料参数及方盒形件有限元模型的建立
• 4.2 壁厚分布影响因素的数值模拟分析
• 4.2.1 m 对厚度分布均匀性的影响
• 4.2.2 成形压力对厚度分布均匀性的影响
• 4.3 应变速率对成形过程的影响
• 4.4 成形过程分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 AZ31 阶梯形件超塑成形数值模拟
• 5.1 材料参数及阶梯形件有限元模型的建立
• 5.2 阶梯件胀形模拟过程及结果分析
• 5.3 壁厚分布影响因素的数值模拟分析
• 5.3.1 m 对厚度分布均匀性的影响
• 5.3.2 成形压力对厚度分布均匀性的影响
• 5.4 应变速率对成形过程的影响
• 5.5 成形过程分析
• 5.6 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