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精冲与复合精冲工艺参数研究

作　者: 曹晨华
导　师: 华林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 精冲挤压复合成形有限元模拟缺陷预测
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 116次
引　用: 3次
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内容摘要

精冲作为一种精密成形技术,具有优质、高效、低耗的特点。目前,精冲工艺主要用来生产较薄平板类零件,而精冲与冷成形工艺,如挤压、翻边、拉深等相结合的精冲复合成形技术综合发挥各自的优势,复合成形三维立体多功能零件,以极小的加工工步制造出直接用于装配的高质量零件,具有较高的技术经济性,成为精冲技术发展的主要趋势。由于精冲技术生产成本较高,必须认识、研究和灵活应用精冲成形规律,才可以发挥其技术经济性的优势。精冲试验可以直观地获得工艺参数对精冲件成形质量的影响关系,但是由于精冲成形中材料的变形主要发生在狭窄的凸凹模刃口之间区域,难以用试验的方法直接获得剪切变形区的应力应变场以及材料流动状态等信息。采用有限元方法对精冲成形过程进行数值模拟,能够定量地给出各工艺参数对精冲成形过程的影响,从而可对工艺参数进行优化。本文首先建立了精冲成形工艺的有限元模型,以DEFORM—2D有限元软件为平台对AISI-1015钢的精冲过程进行了模拟。模拟中通过引入NormalizedCockcroft&Latham损伤模型预测精冲裂纹的产生和扩展,分析研究了压边圈、冲裁间隙、凹模圆角、反顶力和压边力等主要工艺参数对成形过程和结果的影响,指出了精冲过程中变形区静水应力的变化规律,得到了各工艺参数与精冲断面光洁度的变化关系,探讨了各种缺陷产生的原因。精冲挤压复合成形工艺有效结合板料成形和体积成形,是精冲复合成形技术的典型工艺之一。在精冲的基础上,本文进一步研究了精冲挤压成形过程,对其成形力学进行了分析讨论。通过模拟计算,分析研究了成形中的网格畸变与金属流动规律,获得了不同时刻的材料流动速度场、等效应力应变场和成形力能曲线,按变形特征对毛坯进行了区域划分,进而揭示了精冲挤压工艺的成形特点,预测了成形中缺陷产生位置,并对缺陷产生的主要影响因素进行了分析讨论,提出了预防措施。通过借鉴他人的实验研究结果,验证了用有限元模拟分析精冲挤压复合工艺中缺陷预测的正确性,能真实有效地揭示复合成形工艺的特点,对精冲挤压复合成形技术的应用具有指导意义,对于该项技术的深入研究具有一定参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-18
  1.1 概况  9-12
  1.2 课题相关研究进展  12-16
    1.2.1 精冲技术研究进展  12-15
    1.2.2 精冲挤压复合成形技术研究进展  15-16
  1.3 课题的研究目的、意义与主要研究内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第2章精冲有限元模拟基本理论  18-25
  2.1 引言  18
  2.2 刚塑性有限元法  18-23
    2.2.1 概述  18
    2.2.2 刚塑性材料的边值问题  18-20
    2.2.3 刚塑性有限元变分原理  20-23
  2.3 Deform-2D有限元分析软件简介  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章精冲有限元模拟分析  25-46
  3.1 有限元模型的建立  25-26
  3.2 数值模拟参数的设定  26-29
  3.3 模拟结果分析与讨论  29-45
    3.3.1 齿圈的影响  29-34
    3.3.2 间隙对精冲质量的影响  34-36
    3.3.3 凹模圆角对精冲质量的影响  36-39
    3.3.4 反顶力对精冲质量的影响  39-42
    3.3.5 压边力对精冲质量的影响  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章精冲挤压复合成形有限元模拟分析  46-77
  4.1 复合成形工艺介绍  46-48
    4.1.1 挤压工艺介绍  46-48
    4.1.2 精冲挤压工艺介绍  48
  4.2 精冲挤压工艺有限元模型的建立  48-50
  4.3 成形过程分析讨论  50-63
    4.3.1 金属流动状态  50-51
    4.3.2 缩孔现象  51-53
    4.3.3 裂纹缺陷  53-54
    4.3.4 速度场分布  54-58
    4.3.5 变形区域划分  58-60
    4.3.6 等效应变和等效应力分布  60-62
    4.3.7 载荷行程曲线  62-63
  4.4 成形力学分析  63-65
  4.5 模拟结果分析与讨论  65-76
    4.5.1 挤压比的影响  65-68
    4.5.2 挤压相对宽度的影响  68-69
    4.5.3 挤压凹模圆角的影响  69-72
    4.5.4 反顶力的影响  72-75
    4.5.5 反压力的影响  75-76
  4.6 本章小结  76-77
第5章结论与展望  77-80
  5.1 主要结论  77-78
  5.2 展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
附录  85

精冲与复合精冲工艺参数研究

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