AZ31B镁合金薄板热渐进成形及数值模拟

论文摘要

板料无模渐进成形可以缩短新产品开发周期、降低成本和解决难成形板料零件小批量及多品种等问题。镁合金具有低密度、高的比强度和比刚度、良好的电磁屏蔽性等优点,广泛应用于航空航天和电子等领域。因此,对镁合金板材无模渐进成形技术的研究和开发是必要的,其对完善镁合金塑性加工技术具有重要的理论意义和应用价值。本文在研究AZ31B镁合金薄板的室温和高温力学性能的基础上,重点研究了镁合金薄板热渐进成形试验和数值模拟。热拉伸试验表明:在150℃～300℃区间,随着拉伸温度的增加,AZ31B镁合金热拉伸应力降低,延伸率呈增大趋势。当温度达到250℃时,延伸率趋近118%,镁合金板材性能的各向异性最小;随温度继续升高,板材性能的各向异性增加,当温度达到300℃时,薄板具有良好的塑性,其延伸率为211%;镁合金薄板断裂特征为韧性断裂。镁合金的泊松比随着温度的升高而增大,而弹性模量则随着温度的升高而减小,当从室温升高到300℃时,试样的弹性模量减小了85%以上,泊松比增大了45%以上。本文总结了国内外关于数字化渐进成形的研究现状及发展,应用有限元分析软件LS-DYNA建立相关的有限元模型。对影响板材成形质量的关键因素如:成形温度、工具头尺寸、进给量、板材厚度和成形角等进行了模拟分析,同时通过薄板的热渐进成形实验深化模拟结果。模拟和实验结果表明:镁合金板料可在加热状态下实现单点数控无模渐进成形,成形件具有良好的表面质量,无划痕及裂纹等缺陷;成形工具头半径r的大小影响着工件的成形时间和成形精度;最佳成形温度区间为200～250℃;工具头进给量为0.1～0.6mm:板材的成形极限角为57°～68°,随着温度的升高和板材厚度的增加而增大;成形件厚度变化遵循余弦定律t=t0×cosα。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 镁合金的性质及特点
• 1.3 镁合金的应用
• 1.4 镁合金的塑性成形
• 1.4.1 挤压成形
• 1.4.2 锻造成形
• 1.4.3 轧制成形
• 1.4.4 拉深成形
• 1.4.5 胀形成形
• 1.5 无模成形技术
• 1.5.1 旋压成形
• 1.5.2 多点成形法
• 1.5.3 CNC成形锤渐进成形
• 1.5.4 数字化渐进成形工艺及特点
• 1.5.5 国内外数字化渐进成形现状及发展
• 1.6 有限元模拟技术的发展及应用
• 1.7 本文的研究目的与研究内容
• 第二章 AZ31B镁合金板材的性能分析
• 2.1 实验材料及实验方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 性能测试
• 2.2 AZ31B镁合金的拉伸性能研究
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 AZ31B镁合金热拉伸性能研究
• 2.3 AZ31B镁合金的塑性应变比（?）
• 2.4 AZ31B镁合金的高温泊松比和弹性模量的测量
• 2.4.1 实验设备
• 2.4.2 实验原理
• 2.4.3 试样制备及实验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 AZ31B镁合金热渐进成形数值模拟建模与分析
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA软件简介
• 3.2 问题描述
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 单元的选择
• 3.3.2 实常数的定义
• 3.3.3.材料模型
• 3.3.4 网格的划分
• 3.3.5 接触的处理
• 3.3.6 约束条件的处理
• 3.4 渐进成形过程计算
• 3.5 模拟结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 A731B镁合金热渐进成形工艺参数的数值模拟
• 4.1 成形温度对成形性能的影响
• 4.2 工具头尺寸对成形性能的影响
• 4.3 进给量△δ对成形性能的影响
• 4.4 成形倾角对成形性能的影响
• 4.5 板材厚度对成形性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 AZ31B镁合金热渐进成形实验
• 5.1 实验设备及参数
• 5.2 实验结果
• 5.3 成形极限角对成形性能的影响
• 5.4 成形温度对成形性能的影响
• 5.5 进给量△δ对成形性能的影响
• 5.6 板材厚度对成形性能的影响
• 5.7 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文