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高能超声波喷丸板料成形技术研究

作　者: 高琳
导　师: 鲁世红
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 超声波喷丸 残余应力 凹坑尺寸 成形路径 有限元模拟
分类号: TG668
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超声波喷丸是一种绿色节能的板料无模成形新技术，与传统喷丸成形工艺相比具有成形表面质量好、精度高、易实现自动控制等优点，有利于复杂形状板料零件的成形，在航空航天、汽车覆盖件及薄板制造业等领域具有广阔的应用前景。本文对超声波喷丸板料成形技术进行了相关研究，主要研究工作如下：研究了超声波喷丸板料成形的物理过程和基本原理，并以Hertz碰撞理论为基础，对板料喷丸成形过程进行力学分析，研究了板料弯曲成形与喷丸产生的残余应力分布之间的关系，推导出了板料成形的弯曲曲率半径和弧高值的计算公式。利用显微镜观察并测量了超声波喷丸在板料表面产生的凹坑直径并计算出相应凹坑深度，以此为基础利用经验公式计算得到了单次撞针冲击板料表面的等效载荷，并根据板料试样的表面形貌和微观晶粒变化从表面粗糙度和表层硬度两个方面探究超声波喷丸对板料表面完整性的改善。采用不同的超声波喷丸工艺参数对20号钢进行了单曲率件成形实验，获得了喷丸强度、撞针直径和喷丸时间等工艺参数对板料弯曲变形量的影响，制定了几种典型曲面的成形路径并进行了成形实验，取得了理想的成形效果，对成形试样的表面粗糙度和显微硬度进行测试，结果表明超声波喷丸后成形板料具有良好的表面质量。在实验基础上利用ABAQUS软件对超声波板料成形进行了有限元模拟，确定了适合超声波喷丸模拟的材料变形模型、本构模型及网格划分，针对喷丸强度、撞针直径和喷丸时间等不同工艺参数对板料最终变形量的影响进行模拟分析，并按照制定的成形路径模拟几种典型曲面的的超声波成形，模拟获得的结论与实验结果基本一致，证明利用有限元模拟超声波喷丸板料成形过程是可行的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 概述  13
  1.2 研究背景和选题依据  13-14
  1.3 喷丸技术的研究进展  14-19
    1.3.1 喷丸成形介绍  14
    1.3.2 超声波喷丸介绍  14-16
    1.3.3 超声波喷丸技术国内外研究现状  16-19
  1.4 本课题的主要工作  19-20
第二章 超声波喷丸板料成形的理论分析  20-32
  2.1 超声波喷丸板料成形的物理过程  20
  2.2 超声波喷丸板料成形力学分析  20-27
    2.2.1 碰撞理论基础  20-21
    2.2.2 板料成形受力分析  21-27
  2.3 超声波喷丸后板料的弯曲变形  27-31
    2.3.1 板料弯曲变形理论  27-28
    2.3.2 板料在残余应力作用下产生弯曲变形的机理分析  28
    2.3.3 板料弯曲变形与残余应力场的关系  28-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 超声波喷丸表面形态分析  32-39
  3.1 超声波喷丸凹坑形态分析  32-36
    3.1.1 球状凹坑的几何尺寸  32-34
    3.1.2 超声波喷丸凹坑实验研究  34-36
  3.2 超声波喷丸对表面完整性的影响  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章 超声波喷丸板料成形实验研究  39-52
  4.1 实验装置及试样制备  39-40
    4.1.1 实验装置和仪器  39-40
    4.1.2 试样的制备和定位  40
  4.2 实验工艺参数对超声波喷丸板料变形的影响研究  40-45
    4.2.1 超声波喷丸板料变形的分析  40-42
    4.2.2 喷丸强度对板料成形的影响  42-43
    4.2.3 撞针直径对板料成形的影响  43-44
    4.2.4 喷丸时间对板料成形的影响  44-45
  4.3 超声波喷丸板料成形表面质量研究  45-48
    4.3.1 成形板料表面粗糙度分析  45-47
    4.3.2 成形板料表面硬度分析  47-48
  4.4 几种典型曲面的超声波喷丸板料成形  48-51
    4.4.1 单曲率曲面成形  48-49
    4.4.2 复杂曲面成形  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章 超声波喷丸板料成形的有限元模拟  52-67
  5.1 超声波喷丸有限元分析的理论基础  52-53
  5.2 ABAQUS 有限元软件介绍  53-54
  5.3 超声波喷丸板料成形有限元模型建立  54-57
    5.3.1 建立几何模型  54
    5.3.2 定义材料参数  54-55
    5.3.3 选择本构模型  55
    5.3.4 有限元网格的划分  55-56
    5.3.5 初始载荷加载  56-57
  5.4 超声波喷丸板料弯曲成形的有限元分析  57-63
    5.4.1 超声波喷丸板料弯曲成形的有限元模拟及分析  57-60
    5.4.2 工艺参数对超声波喷丸板料成形影响的有限元模拟及分析  60-63
  5.5 超声波喷丸板料典型曲面成形的有限元分析  63-65
  5.6 本章小结  65-67
第六章 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 特种加工机床及其加工 > 表面强化设备及其加工
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