筒形件可控径向加压充液拉深数值模拟与实验研究

论文摘要

针对铝合金等深筒形件一道次成形需要,提出可控径向加压充液拉深成形新技术。该技术在传统充液拉深基础上,该工艺采用法兰外缘施加径向压力,产生向内推料并形成双面流体润滑效果,从而提高铝合金板材成形极限,实现深筒形件的拉深。本文以铝合金球底和平底筒形件为研究对象,通过数值模拟和实验对可控径向加压充液拉深工艺进行了研究。采用以LS-DYNA3D为求解器的数值模拟软件ETA/DYNAFORM5.5,对球底和平底筒形件可控径向充液拉深过程进行了模拟研究。分析了不同液室压力和径向压力对零件壁厚分布、缺陷形式、典型点应力状态的影响。确定了合理的液室压力与径向压力的匹配关系。研究结果表明,在合理的液室压力和径向压力耦合加载路径作用下,可以降低径向拉应力,有效抑制零件壁厚的减薄,从而提高铝合金筒形件的拉深成形极限。通过对球底和平底筒形件可控径向加压充液拉深的实验研究,分析了主动径向加压充液拉深过程中出现的典型缺陷形式,并且找到了克服缺陷的有效途径。实验结果表明,在确定最优液室压力为20MPa下,合理选择径向压力的加载范围,可以得到无缺陷产生的合格零件。对于本实验用的材料,在35MPa径向压力下拉深比为2.8的球底筒形件和平底筒形件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 板材充液拉深成形的基本原理及特点
• 1.2.1 板材充液拉深成形原理
• 1.2.2 板材充液拉深的特点
• 1.3 板材充液拉深成形的研究及应用概况
• 1.3.1 板材充液拉深成形国外研究现状
• 1.3.2 板材充液拉深成形国内研究现状
• 1.3.3 板材充液拉深成形的应用现状
• 1.4 课题来源以及研究目的及意义
• 1.5 课题研究主要内容
• 第2章 球底筒形件径向加压充液拉深数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 球底筒形件几何尺寸及材料
• 2.3 最优液室压力的确定
• 2.3.1 数值模拟的模型及方案
• 2.3.2 初始液室压力对壁厚分布的影响
• 2.3.3 液室压力对缺陷形式的影响
• 2.3.4 液室压力对壁厚分布的影响
• 2.4 可控径向加压充液拉深的数值模拟
• 2.4.1 数值模拟模型及加载路径
• 2.4.2 径向压力载荷的施加方法
• 2.4.3 径向压力对成形缺陷的影响
• 2.4.4 径向压力对成形壁厚分布的影响
• 2.5 可控径向加压充液拉深过程应力分析
• 2.5.1 液室单独作用下典型点应力轨迹
• 2.5.2 径向加压下典型点应力轨迹
• 2.6 本章小结
• 第3章 球底筒形件径向加压充液拉深成形的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验方案
• 3.4 可控径向压力对缺陷的影响
• 3.5 可控径向加压对球底筒形件成形极限及壁厚分布的影响
• 3.6 可控径向压力对应变分布的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 平底筒形件径向加压充液拉深成形的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 最优液室压力的确定
• 4.2.1 初始液室压力对壁厚的影响
• 4.2.2 液室压力对壁厚分布的影响
• 4.2.3 液室压力对缺陷形式的影响
• 4.3 平底筒形件径向加压充液拉深数值模拟
• 4.3.1 模型参数及加载路径的选取
• 4.3.2 可控径向压力对成形缺陷的影响
• 4.3.4 可控径向压力对壁厚分布的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 平底筒形件径向加压充液拉深成形的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置及方案
• 5.3 可控径向压力对缺陷的影响
• 5.4 可控径向压力对平底筒形件成形极限及壁厚分布的影响
• 5.5 可控径向压力对应变分布的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢