6063铝合金超声振动镦粗中的表面效应研究

发布时间：2019-02-26 11:17

【摘要】：相较于传统的金属塑性成形工艺,超声振动辅助成形具有降低成形力、减小金属流动应力、降低工件与模具间的摩擦、提高金属材料的塑性成形性能和最终成形件的表面质量以及尺寸精度等优点。超声振动塑性加工因其一系列的优点受到国内外学者越来越广泛的关注和研究,并为提高材料的塑性加工性能提供了一条新的途径。本文进行了 6063铝合金超声振动辅助镦粗成形过程的实验和数值模拟研究,主要针对试样/模具表面摩擦系数测定、不同润滑和振动条件下超声振动对塑性成形过程的影响、超声振动辅助铝合金镦粗成形过程数值模拟等进行了探究,分析了超声振动对6063铝合金镦粗过程的影响和作用情况,主要研究内容如下:利用圆环镦粗法和能量法求解出圆环镦粗过程中的分流面半径,建立了一族摩擦因子作用下的圆环下压量与内径变化量之间的对应关系,绘制出了圆环镦粗实验的摩擦系数理论校正曲线。设计并进行了不同润滑条件下的6063铝合金圆环超声振动辅助镦粗实验,获得了不同润滑下以及不同超声振动条件下的试样/工具界面的摩擦系数,从而得到了不同摩擦条件下,超声振动对铝合金镦粗成形过程中试样/工具表面摩擦的作用规律。开展了不同润滑条件下6063铝合金圆环无振动以及施加同一频率不同振幅的超声振动镦粗实验,分析了超声振动对6063铝合金镦粗成形中的成形载荷、成形应力、硬度、显微组织、表面形貌和表面粗糙度的影响及作用规律,研究了超声振动"表面效应"对零件的作用情况。研究了应用ABAQUS有限元软件对超声振动辅助镦粗成形过程进行模拟的数值建模方法,实现了超声振动辅助镦粗成形过程的数值模拟。对数值模拟过程和结果进行了分析,研究了不同摩擦条件下,超声振动对镦粗成形过程中试样的变形速度、接触压力、接触面积、试样/工具表面摩擦力以及摩擦系数的影响。通过将模拟结果与实验结果对比分析,获得了超声振动各参量对镦粗成形过程的影响规律和作用机制。
[Abstract]:Compared with traditional metal plastic forming process, ultrasonic vibration assisted forming can reduce forming force, metal flow stress and friction between workpiece and die. The plastic forming properties of metal materials and the surface quality and dimensional precision of final forming parts are improved. Ultrasonic vibration plastic machining has attracted more and more attention and research by scholars at home and abroad because of its series of advantages, and provides a new way to improve the plastic workability of materials. The experiment and numerical simulation of ultrasonic vibration assisted upsetting of 6063 aluminum alloy were carried out in this paper. The friction coefficient of specimen / die surface was measured, and the influence of ultrasonic vibration on plastic forming process was studied under different lubrication and vibration conditions. The numerical simulation of aluminum alloy upsetting process assisted by ultrasonic vibration was studied. The influence of ultrasonic vibration on the upsetting process of aluminum alloy 6063 was analyzed and the effect of ultrasonic vibration on the upsetting process of 6063 aluminum alloy was analyzed. The main research contents are as follows: using the ring upsetting method and the energy method to solve the radius of the shunt surface in the process of ring upsetting, the corresponding relationship between the pressure under the ring and the change of the inner diameter under the action of a family of friction factors is established. The theoretical correction curve of friction coefficient for ring upsetting experiment is drawn. The ultrasonic vibration-assisted upsetting experiment of 6063 aluminum alloy ring under different lubrication conditions was designed and carried out. The friction coefficient of the specimen / tool interface under different lubrication and ultrasonic vibration conditions was obtained, thus the friction coefficient of the specimen / tool interface under different lubrication and ultrasonic vibration conditions was obtained. Effect of ultrasonic vibration on surface friction of specimen / tool during upsetting process of aluminum alloy. The ultrasonic vibration upsetting experiments of 6063 aluminum alloy rings under different lubrication conditions and the same frequency and different amplitude were carried out. The forming load, forming stress, hardness and microstructure of ultrasonic vibration on 6063 aluminum alloy during upsetting were analyzed. The effect of ultrasonic vibration "surface effect" on parts is studied in this paper. The effects of surface morphology and surface roughness on parts are studied. The numerical modeling method of ultrasonic vibration-assisted upsetting forming process is studied by using ABAQUS finite element software, and the numerical simulation of ultrasonic vibration-assisted upsetting forming process is realized. The effects of ultrasonic vibration on the deformation velocity, contact pressure, contact area, friction force and friction coefficient of specimen / tool surface during upsetting forming were studied under different friction conditions by analyzing the numerical simulation process and the results of the numerical simulation, and the effects of ultrasonic vibration on the deformation velocity, contact pressure, contact area, friction force and friction coefficient of the specimen were studied. By comparing the simulation results with the experimental results, the influence of ultrasonic vibration parameters on upsetting forming process and its mechanism were obtained.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG663;TG319

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本文编号：2430724