基于数值模拟内凹底筒形件充液反胀成形工艺的研究

论文摘要

随着汽车零件和航空、航天零件等加工制造工业的发展,铝、镁、钛等轻质合金材料得到了较为广泛的应用,来实现污染小、轻量化的重要目的。但是,铝、镁、钛等轻质合金板料的塑性低、成形性能较差、硬化指数和异性指数小等缺点成为板材加工成形方面的瓶颈,尤其难实现大高径比零件的一次拉深成形。充液拉深工艺是一种先进的板材柔性成形方法。针对航天领域的低塑性、大高径比铝合金板材部件成形需求,通过数值模拟方法,对5A06铝合金内凹底筒形件充液反胀成形工艺进行了研究。采用基于LS-DYNA3D内核的动态显示分析软件ETA/Dynaform5.6,根据成形工艺的特殊性,对不同反胀压力和液室压力下,对零件成形的影响进行了成形模拟.研究结果表明,采用合理匹配的初始反胀压力和液室压力加载路径,可有效地降低板料成形时的径向拉应力,抑制零件内凹底部的过度减薄,可以一次成形较高质量的内凹底筒形件。本文采用了一种充液拉深成形的新方法,即加载径向液压的充液拉深技术。用数值模拟的方法,讨论并分析液室压力加载曲线与主动径向压力加载曲线变化对内凹底筒形件最小壁厚的影响。模拟结果表明:采用合理匹配的径向压力和液室压力加载路径,能够显著地控制破裂和起皱缺陷,从而使零件厚度变化分布均匀,显著提高了铝合金内凹底筒形件的成形极限。本文采用实验手段,研究了拉深比为2.3的内凹底筒形件的成形规律,对比模拟结果,分析零件的破裂形式,讨论初始反胀压力、液室压力、径向压力三者的合理匹配对内凹底筒形零件成形的影响。通过实验验证了采用充液拉深工艺一次高质量成形内凹底筒形件的可行性,得到了较高质量的成形零件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 板料液压成形技术和数值模拟技术的发展
• 1.2.1 板料液压成形技术的国外发展
• 1.2.2 板料液压成形技术的国内发展
• 1.2 课题研究的内容
• 第2章 薄板有限元单元模拟理论
• 2.1 材料的屈服理论
• 2.2 有限元网格优化
• 2.3 板料成形缺陷分析
• 2.3.1 起皱
• 2.3.2 破裂
• 2.4 本章小结
• 第3章 铝合金内凹底筒形件的成形模拟
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 板坯的建立
• 3.1.2 工具的建立
• 3.2 普通充液拉深
• 3.3 带有反胀压力充液拉深
• 3.3.1 反胀压力的加载曲线的设计
• 3.3.2 液室压力的加载曲线的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 径向加压技术的应用
• 4.1 径向加压原理
• 4.2 加载径向力的文件设置
• 4.3 径向力加载曲线的设计
• 4.4 液室压力加载曲线设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 内凹底筒形件充液拉深实验研究
• 5.1 内凹底筒形件充液拉深的实验研究
• 5.1.1 实验条件
• 5.1.2 缺陷分析
• 5.1.3 内凹底筒形件壁厚分布
• 5.2 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