镁合金盒形件温拉深成形数值模拟与压边力加载系统设计

论文摘要

镁合金是最轻的结构金属材料,镁合金不仅具有较高的比强度和比刚度,并且具有良好的散热性能、电磁屏蔽性能、减震性能和机械加工性能,而且产品易回收利用。上述特点使镁合金在汽车、电子、航空航天等领域得到了广泛应用。因此研究镁合金盒形件的成形规律对于镁合金加工的实用化和产业化具有重要的指导意义。但是,镁合金板材室温下塑性较差。镁合金加热到一定温度,处于热塑性变形状态下,此状态下加工硬化过程不断被回复、再结晶过程有所抵消,此时镁合金板材处于低强度、高塑性的软化状态,此状态下能够获得较好的拉深成形性能。本文对AZ31B镁合金盒形件(矩形和弧形)的温拉深成形过程进行了数值模拟研究。应用有限元分析软件Dynaform,模拟了AZ31B镁合金矩形与弧形件的拉深成形过程。对镁合金矩形与弧形件的厚度分布和成形规律进行分析研究,结果发现凸模圆角和凸模拐角区域是镁合金拉深成形过程中承力和形变最大的区域,且直边凸模圆角和直边凸模拐角部位比圆弧边凸模圆角和凸模拐角区域受力和变形更大,此区域是板料拉深过程中最易发生破裂缺陷的区域。通过数值模拟总结出冲压速度和摩擦系数对拉深成形过程的影响,确定了摩擦系数和拉深速度。压边力是拉深成形中很重要的工艺参数,本文提出了阶梯递增型和峰谷型2种变压边力曲线加载模拟方案,研究了阶梯递增型变压边力小压边力作用时刻和小压边力到大压边力转化缓冲时间的变化对拉深成形的影响,分析了峰谷型压边力变化峰值转化时刻的变化对拉深成形的影响。得知在成形结果和质量上均超过了恒定压边力下拉深成形获得的制件。本文进行了拉深模具的设计,设计了可加热压边圈,利用加热棒使压边圈达到一定温度,加热棒尾部接连温控装置,并可通过数字温控仪实现对加热温度的设定和控制。达到温拉深成形的目的。在模拟得出上述2种类型的变压边力曲线加载最优曲线后,进行了相应的变压边力系统的研究与结构设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 镁及镁合金的应用
• 1.2.1 在汽车工业中的应用
• 1.2.2 在航空航天领域中的应用
• 1.2.3 在3C 产品中的应用
• 1.3 有限元技术在镁合金拉深成形方面的研究进展
• 1.4 有限元算法与模拟软件简介
• 1.4.1 有限元算法
• 1.4.2 模拟软件简介
• 1.5 课题研究的目的、意义及主要研究内容
• 第2章 AZ31B 镁合金矩形件温拉深成形数值模拟研究
• 2.1 引言
• 2.2 AZ31B 镁合金矩形件温拉深成形数值模拟
• 2.2.1 材料参数及矩形件有限元模型的建立
• 2.2.2 AZ31B 镁合金矩形件拉深成形规律
• 2.2.3 AZ31B 镁合金矩形件拉深成形过程
• 2.2.4 AZ31B 镁合金矩形件成形过程变形分析
• 2.2.5 AZ31B 镁合金矩形件厚度分布规律
• 2.3 工艺条件对拉深过程的影响
• 2.3.1 冲压速度对成形过程的影响及成形结果
• 2.3.2 压边力对成形过程的影响及成形结果
• 2.3.3 摩擦系数对成形过程的影响及成形结果
• 2.3.4 优化模拟方案下实验制得矩形件的组织分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 AZ31B 镁合金弧形件温拉深成形数值模拟研究
• 3.1 AZ31B 镁合金弧形件温拉深成形数值模拟
• 3.1.1 材料参数及弧形件有限元模型的建立
• 3.1.2 AZ31B 镁合金弧形件拉深成形规律
• 3.1.3 AZ31B 镁合金弧形件拉深成形过程
• 3.1.4 AZ31B 镁合金弧形件成形过程变形分析
• 3.1.5 AZ31B 镁合金弧形件厚度分布规律
• 3.2 工艺条件对拉深过程的影响
• 3.2.1 冲压速度对成形过程的影响
• 3.2.2 摩擦系数对成形过程的影响
• 3.2.3 压边力对成形过程的影响
• 3.3 镁合金弧形件变压边力数值模拟研究
• 3.3.1 阶梯递增型变压边力加载曲线模拟研究
• 3.3.2 峰谷型变压边力加载曲线模拟研究
• 3.4 AZ31B 镁合金矩形件与弧形件拉深模拟比较分析
• 3.4.1 缺陷类型
• 3.4.2 厚度分布规律及变性分析
• 3.4.3 工艺条件对矩形件与弧形件的影响效果
• 3.5 本章小结
• 第4章 温拉深成形模具与变压边力装置的设计
• 4.1 弧形件拉深模具及加热系统的设计
• 4.1.1 拉深模具设计
• 4.1.2 加热系统的设计
• 4.2 变压边装置的实现与模具设计
• 4.2.1 阶梯递增型变压边装置的实现与模具结构设计
• 4.2.2 峰谷形变压边装置的实现与模具结构设计
• 4.3 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