基于数值模拟的铝镁合金板材充液拉深工艺的研究

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,这些材料比深冲钢等材料的成形性能差、塑性低这一矛盾成为其成形加工的瓶颈。因此,充液拉深成形技术以其工艺柔性高、制件质量好、生产成本低等优点成为铝镁合金等低塑性、难成形轻质材料板材零件提高成形极限、减少成形道次的有效途经之一。针对铝镁合金等低塑性板材的成形需要,应用数值模拟的方法,采用以LS-DYNA3D为内核的动力显式分析软件ETA/DYNAFORM5.5,对5A06铝镁合金平底筒形件充液拉深成形过程中板材性能参数、模具参数及成形工艺参数对零件成形的影响规律进行了研究。讨论了液室压力变化对零件成形性的影响。分析了球底筒形件充液拉深过程中液室初始反胀压力与液室压力对零件壁厚分布以及起皱、拉裂等缺陷的影响规律。讨论了软拉深筋在减小侧壁悬空区、克服球底筒形件成形缺陷方面所起的作用,得到了合理的初始反胀压力与液室压力的匹配关系,并通过实验证明了数值模拟分析的可靠性。本文针对汽车覆盖件在冲压过程中出现的破裂和变形不足问题,对大圆弧曲面、深拉深的汽车排气管零件充液拉深成形过程进行数值模拟研究。以最终零件成形壁厚分布为评定标准,分析了液室压力变化对覆盖件成形性的影响规律。研究了不同液压加载路径对成形质量的影响,获得了最佳的液压加载曲线,提高了覆盖件的贴模性和刚度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 板材液压成形技术原理及特点
• 1.3 板材液压成形技术的研究进展
• 1.3.1 板材液压成形技术的国外发展概况
• 1.3.2 板材液压成形技术的国内发展概况
• 1.4 数值模拟技术的发展与应用
• 1.5 课题研究的内容
• 第2章 板材成形数值模拟的基本理论
• 2.1 有限元算法
• 2.1.1 动力显式算法求解过程
• 2.1.2 时间步长的确定
• 2.2 板壳单元理论
• 2.2.1 BT 薄壳单元的随动坐标系
• 2.2.2 BT 薄壳单元的应变位移关系
• 2.3 材料屈服准则
• 2.3.1 Tresca 屈服准则
• 2.3.2 Mises 屈服准则
• 2.3.3 Barlat 屈服准则
• 2.3.4 Hill 屈服准则
• 2.4 接触摩擦理论
• 2.4.1 接触点的搜寻
• 2.4.2 接触力的计算
• 2.5 成形性的评价方法
• 2.5.1 成形极限图
• 2.5.2 判断评价函数
• 2.6 本章小结
• 第3章 铝镁合金板材充液拉深的数值模拟
• 3.1 平底筒形件充液拉深的研究
• 3.1.1 模拟模型的建立
• 3.1.2 液室压力加载的模拟方法
• 3.2 板材机械性能参数对成形的影响
• 3.2.1 厚向异性指数r
• 3.2.2 应变硬化指数n
• s'>3.2.3 屈服强度σ_s
• s/σ_b'>3.2.4 屈强比σ_s/σ_b
• 3.2.5 延伸率δ
• 3.3 模具参数对成形的影响
• d'>3.3.1 凹模圆角半径r_d
• p'>3.3.2 凸模圆角半径r_p
• 3.3.3 凸凹模间隙c
• 3.4 工艺参数对成形的影响
• 3.4.1 冲压速度
• 3.4.2 摩擦条件
• 3.4.3 液室压力加载路径
• 3.5 球底筒形件充液拉深的研究
• 3.5.1 模拟模型
• 3.5.2 球底筒形件模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 铝镁合金板材充液拉深的实验研究
• 4.1 球底筒形件充液拉深的实验研究
• 4.1.1 实验条件
• 4.1.2 液室压力加载方式对成形性的影响
• 4.2 本章小结
• 第5章 汽车覆盖件液压成形的数值模拟
• 5.1 覆盖件冲压成形有限元分析流程
• 5.2 汽车排气管充液拉深数值模拟
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 液室加载曲线设计
• 5.3 覆盖件模拟结果分析
• 5.4 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