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镁合金带内环筋壳体挤旋成形力研究

作　者: 袁国
导　师: 王强
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金轻量化数值模拟挤旋力内筋高度
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

目前，轻量化己成为航空航天、兵器、船舶、能源、交通运输等装备的发展趋势。镁合金是轻量化的主要用材，内环筋壳体是典型的轻量化结构。镁合金带内环筋壳体现采用铸造、焊接、切削的工艺方式，产品强度低、精度差、废品率高；研发的滚珠旋压、内外强力旋压等技术，筋高受到限制。均难以满足装备轻量化的发展需求。针对带内环筋壳体形状特点，结合镁合金的塑性成形特性，综合现有加工方式存在问题的基础上，研究提出了镁合金带内环筋挤旋成形新工艺。挤旋成形即通过坯料周向转动与挤旋轮径向进给相结合，完成内腔带环筋壳体构件的整体塑性成形，实现该类构件的高质低成本制造，具有重要意义。在分析带内环筋壳体挤旋成形工艺的基础上，根据有限元理论，对建模过程中涉及的接触边界条件、摩擦模型、网格划分等关键技术进行了探讨，以Simufact为分析平台，建立了镁合金带内环筋壳体的三维有限元模拟模型。采用数值模拟的研究方法，研究了内环筋成形过程中的应力分布、应变分布、材料流动规律，分析了成形过程中出现的失稳、褶皱等缺陷及其机制，确定了影响挤旋成形的主要工艺参数。利用图解法和能量法，推导出挤旋成形力计算公式，理论分析得出了带内环筋成形的几何条件和力学条件。模拟得出了进给率、挤旋轮直径、坯料壁厚、温度等主要工艺参数对挤旋力和内环筋成形高度的影响。通过某镁合金带内环筋壳体，以最小成形力和高内环筋为目标，模拟分析了不同工艺参数对镁合金带内环筋壳体挤旋成形的影响情况，采用正交试验的方法，确定了参数影响主次顺序，并获得最优化的成形工艺参数，为带内环筋壳体挤旋成形工艺设计和参数优化提供了理论依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 带内环筋壳体成形研究情况  11-13
    1.2.1 传统加工方法及存在的问题  11-12
    1.2.2 目前新工艺研究情况  12-13
  1.3 挤旋成形新工艺  13-15
  1.4 成形力的研究  15-18
    1.4.1 成形力研究的重要性  15
    1.4.2 国内外研究进展  15-18
  1.5 主要研究内容  18-19
第二章带内环筋壳体挤旋成形数值模拟关键技术研究  19-32
  2.1 引言  19
  2.2 数值模拟方法  19-20
  2.3 带内环筋壳体挤旋成形数值模拟特点及其分析软件选择  20-22
    2.3.1 内环筋壳体挤旋成形数值模拟建模特点  21
    2.3.2 Simufact 有限元软件的简介  21-22
  2.4 带内环筋壳体挤旋成形数值模拟建模理论基础  22-26
    2.4.1 有限元离散化  22-23
    2.4.2 弹塑性本构方程  23-24
    2.4.3 几何非线性问题  24-25
    2.4.4 刚度矩阵的构建  25-26
    2.4.5 方程组的求解  26
  2.5 带内环筋壳体挤旋成形数值模拟建模  26-31
    2.5.1 接触边界条件  27-28
    2.5.2 几何模型构建  28-29
    2.5.3 网格划分  29-30
    2.5.4 材料模型  30
    2.5.5 摩擦问题的处理  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章带内环筋壳体挤旋成形工艺及分析  32-43
  3.1 引言  32
  3.2 带内环筋壳体挤旋成形工艺  32-34
  3.3 工艺参数的选择  34-36
  3.4 挤旋成形过程中应力应变状态分析  36-40
    3.4.1 等效应力应变分析  36-37
    3.4.2 三向应力分析  37-40
  3.5 材料变形规律分析  40-42
    3.5.1 金属流动分析  40-41
    3.5.2 失稳分析  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章挤旋成形力研究及工艺参数的影响  43-66
  4.1 引言  43-44
  4.2 挤旋力的理论分析  44-50
    4.2.1 切向分力的计算 Fz  44-46
    4.2.2 径向分力的计算 Fx  46-48
    4.2.3 轴向分力的计算 Fy  48-49
    4.2.4 理论分析结论  49-50
  4.3 内环筋成形研究  50-51
    4.3.1 理论研究  50
    4.3.2 成形条件  50-51
  4.4 工艺参数对挤旋成形过程的影响  51-64
    4.4.1 进给率的影响  52-54
    4.4.2 坯料厚度的影响  54-58
    4.4.3 挤旋轮直径的影响  58-61
    4.4.4 温度的影响  61-64
    4.4.5 挤旋轮凹槽处圆角半径的影响  64
  4.5 本章小结  64-66
第五章基于虚拟正交试验对挤旋力与内环筋高度的优化  66-77
  5.1 引言  66
  5.2 正交试验  66-70
    5.2.1 正交试验简介  66-67
    5.2.2 极差分析的原理  67-68
    5.2.3 正交试验设计  68-70
  5.3 试验结果  70-72
  5.4 极差分析  72-75
  5.5 本章小结  75-77
第六章结论与展望  77-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  83-84
致谢  84-85

镁合金带内环筋壳体挤旋成形力研究

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