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A356合金微触变成形及其超声振动辅助机理研究

作　者: 唐培
导　师: 梅德庆
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 半固态微触变成形微凸台阵列结构尺度效应超声振动辅助
分类号: TG249.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本学位论文结合国家自然科学基金项目“超声振动辅助介观尺度半固态金属微触变成形的理论和方法研究”(资助号：50775203),以车载燃料电池制氢微反应器的反应载体薄板作为研究对象,开展了微凸台阵列结构的微触变成形工艺及其超声振动辅助机理研究。首先,分析了微触变成形工艺的可行性,并对微触变成形工艺的可行性进行了实验验证；然后,对微凸台阵列结构的触变成形工艺进行了模拟和实验研究；最后,研究了微触变成形中存在的尺度效应,并针对微凸台充型不完全的缺陷,提出在微触变成形中施加超声振动来改善半固态金属的流动性,提高制品质量。第1章,阐述了本学位论文的研究背景与意义,详细介绍了国内外在金属微成形技术和超声振动辅助金属成形技术方面的研究现状,并在此基础上,提出了论文的主要研究内容。第2章,首先介绍了半固态金属触变成形工艺流程；随后,通过对半固态金属浆料流动特性的研究,分析了半固态金属微触变成形工艺的可行性,并进行了触变成形工艺可行性的实验验证。第3章,建立了A356合金在半固态温度区间的本构模型,并对其合理性进行了验证；将A356合金在半固态温度区间的本构模型用于微凸台阵列结构触变成形的模拟过程,采用DEFORM软件分析了工艺参数(坯料温度、成形速度、模具温度)和模具几何结构参数(微孔深径比、占空比、微孔位置)对微凸台阵列结构触变成形效果的影响,为微凸台阵列结构触变成形工艺和模具结构设计提供了指导。第4章,根据触变成形的微凸台阵列结构典型形貌和应用要求,提出了微凸台阵列结构综合质量的评价参数；并系统地研究了成形速度、坯料初始尺寸、润滑条件和成形力对微凸台阵列结构充型效果的影响规律。第5章,进行了单个微凸台的微触变挤压成形实验,并以成形微凸台的高径比和成形力作为评价参数,对微触变成形过程中存在的尺度效应进行了研究探索,结果表明：微触变成形过程中存在明显的尺度效应,并且微凸台的高径比随微孔直径的减小而降低,成形力随微孔直径的减小而增大。第6章,针对微凸台阵列结构在触变成形过程中充型不完全的缺陷,提出将超声振动辅助引入金属微触变成形过程,研究了超声振动对成形力、材料流动性和微凸台高径比的影响,结果表明：超声振动能够有效降低成形力,增加成形微凸台的高径比,提高微凸台结构的触变成形质量。第7章,总结了论文的主要研究工作,并展望了未来的研究工作。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
致谢  9-10
目录  10-13
1 绪论  13-29
  1.1 论文研究的背景与意义  13-14
  1.2 金属微成形技术的研究现状  14-21
    1.2.1 常温金属微成形技术的研究现状  14-19
    1.2.2 半固态金属微成形技术的研究现状  19-20
    1.2.3 目前研究有待深入的问题  20-21
  1.3 超声振动辅助金属成形技术研究现状  21-27
    1.3.1 超声振动辅助金属成形机理研究  21-24
    1.3.2 超声振动辅助金属成形设备研究  24-26
    1.3.3 目前研究有待深入的问题  26-27
  1.4 论文主要研究内容与框架  27-28
  1.5 本章小结  28-29
2 金属微触变成形机理及其可行性研究  29-38
  2.1 金属触变成形工艺介绍  29-30
  2.2 半固态金属微触变成形工艺可行性分析  30-32
  2.3 A356合金微触变成形可行性实验验证  32-36
    2.3.1 微凸台阵列结构触变成形实验系统搭建  33-35
    2.3.2 微凸台阵列结构触变成形实验及结果  35-36
  2.4 微凸台阵列结构的应用前景  36-37
  2.5 本章小结  37-38
3 半固态A356合金的材料本构模型及其微触变成形过程数值模拟  38-51
  3.1 半固态A356合金的材料本构模型研究  38-41
    3.1.1 半固态A356合金的材料本构模型建立  38-40
    3.1.2 半固态A356合金材料本构模型的验证  40-41
  3.2 微凸台阵列结构触变成形有限元模型  41-43
  3.3 工艺参数对微触变成形的影响分析  43-46
    3.3.1 坯料温度对微触变成形的影响分析  43-44
    3.3.2 成形速度对微触变成形的影响分析  44-45
    3.3.3 模具温度对微触变成形的影响分析  45-46
  3.4 模具结构参数对微触变成形的影响分析  46-50
    3.4.1 模具深宽比对微触变成形的影响分析  46-47
    3.4.2 模具占空比对微触变成形的影响分析  47-48
    3.4.3 微凸台位置对微触变成形的影响分析  48-50
  3.5 本章小结  50-51
4 工艺参数对微凸台阵列结构触变成形的影响规律研究  51-69
  4.1 微凸台阵列结构触变成形质量的评价参数  51-54
  4.2 微凸台阵列结构触变成形实验及结果  54-55
  4.3 成形速度对微凸台阵列结构触变成形的影响规律分析  55-57
  4.4 坯料初始尺寸对微凸台阵列结构触变成形的影响规律分析  57-64
    4.4.1 坯料初始尺寸对其热交换量的影响分析  57-61
    4.4.2 坯料初始尺寸对微凸台阵列充型的影响规律分析  61-64
  4.5 润滑条件对微凸台阵列结构触变成形的影响规律分析  64-68
  4.6 本章小结  68-69
5 A356合金微触变挤压成形中的尺度效应研究  69-78
  5.1 开模微触变挤压成形模具的设计与制造  69-71
  5.2 开模微触变挤压成形的实验条件及其尺度效应评价参数  71-72
    5.2.1 开模微触变挤压成形实验条件  71
    5.2.2 尺度效应的评价参数  71-72
  5.3 开模微触变挤压成形实验结果及分析  72-77
    5.3.1 开模微触变挤压成形实验结果  72-73
    5.3.2 微孔直径对成形微凸台高径比的影响分析  73-75
    5.3.3 微孔直径对成形力的影响分析  75-77
  5.4 本章小结  77-78
6 A356合金微触变挤压成形的超声振动辅助机理研究  78-88
  6.1 超声振动辅助金属成形机理  78-79
    6.1.1 超声软化效应  78-79
    6.1.2 超声振动对摩擦的影响  79
  6.2 超声振动辅助金属微触变成形实验系统的研制  79-83
    6.2.1 超声振动系统的组成  79
    6.2.2 超声振动系统的设计与制造  79-80
    6.2.3 超声振动系统振动和力学性能分析  80-82
    6.2.4 超声振动辅助金属微触变成形实验系统的建立  82-83
  6.3 超声振动辅助金属微触变挤压成形实验条件  83
  6.4 超声振动辅助金属微触变挤压成形结果及分析  83-87
    6.4.1 超声振动对成形力的影响分析  83-86
    6.4.2 超声振动对成形微凸台高径比的影响分析  86-87
  6.5 本章小结  87-88
7 总结与展望  88-91
  7.1 主要结论  88-89
  7.2 工作展望  89-91
参考文献  91-99
攻读硕士学位期间参加的科研项目及获得的科研成果  99
  1 发表及录用的论文  99
  2 申请及授权的国家专利  99
  3 参加的科研项目  99

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