铜铝复合板渐进成形零件质量及成形力研究

发布时间：2020-08-01 18:43

【摘要】：板料数控渐进成形是一种先进的板料无模成形技术,因其生产成本低、制造周期短的特点,非常适用于各类板料零件的设计和试制阶段。铜铝复合板作为一种复合材料,兼具铜的高导电、高导热、耐腐蚀和铝的质轻、价廉、资源丰富等优点,广泛地应用于电力系统、机械工业、生活用品等领域。但目前对铜铝复合板的渐进成形过程缺乏深入研究,所以本文以铜铝复合板为对象,通过实验研究了板料数控渐进成形工艺下铜铝复合板的成形特征;针对铜铝复合板渐进成形过程在ABAQUS中建立了有效的有限元模型,分析了铜铝复合板单道次渐进成形力与多道次渐进成形力的特点。论文研究内容及结论如下:(1)通过实验研究了不同工艺参数下铜铝复合板的渐进成形性能、零件表面质量、异种金属界面以及壁厚分布。研究发现:增大工具头直径、减小轴向进给量和进给速度均能小幅度提高板料的渐进成形性能;轴向进给量、成形角和工具头直径等对零件加工面的表面质量有较大影响,而非加工面的表面质量仅受成形角的影响较大;渐进成形前后,板料的铜层和铝层界面未发生较大变化;不同成形角零件的壁厚实测值均小于正弦定律的计算值,以铜为加工面的零件的铜层厚度小于以铝为加工面的零件。(2)在ABAQUS中分别使用整体和分层的方法定义了板料属性,建立了铜铝复合板渐进成形有限元模型。研究发现:两种方法建立的有限元模型均能准确地模拟板料的成形过程,但分层定义板料属性时,计算时间过长。(3)研究了单道次渐进成形过程中不同工艺参数对各方向成形力的影响,对比了三种成形力预测值的精度,重新拟合了预测成形力的经验公式。研究发现:随着轴向进给量、工具头直径和成形角的增大,轴向和径向成形力增大;仅轴向进给量对切向成形力有较大影响;有限元方法对成形力的预测值与实测值较符合,而基于纯剪切作用的理论公式和经验公式存在较大误差,重新拟合后得到的经验公式能够准确地预测成形力。(4)分析了多道次渐进成形力的特征,利用ABAQUS研究了不同多道次成形路径下,渐进成形零件的壁厚分布以及成形力特点。研究发现:板料经一道次渐进成形后,因零件壁厚分布不均、力学性质变化等原因,使得多道次渐进成形的受力情况更加复杂;合适的成形路径不仅能够优化零件的壁厚分布情况,而且还能降低总成形力的最大值。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

武汉理工大学硕士学位论文后获得所需形状和尺寸的零件，如图 1-1d 所示[4]。旋压成形虽然能够提高料利用率，但该技术对旋压设备和人工操作的要求比较高，且只适用于空转体零件的成形，板材的厚度也不宜过大。激光成形分为激光热应力成形和激光冲击波成形两种形式。激光热应力主要通过激光束扫描金属薄板表面，使热作用区域产生明显的温度梯度，热应力的非均匀分布，从而使板料产生塑性变形，如图 1-1e 所示[5];激光冲成形是基于激光冲击强化技术发展起来的，通过高功率、短脉冲的强激光于覆盖在金属板料表面上的柔性贴膜，使其迅速汽化电离形成高温高压的子体而爆炸，产生向金属内部传播的强烈冲击波，由于冲击波压力远远大料的动态屈服强度，从而使板料产生塑性变形，如图 1-1f 所示[6]。

适应了多品种、少批量生产，适应了交货时间短、快速响应用户需条件。该工艺可以直接应用于汽车工业、医疗器械、工艺美术品等产品的制造，对提高我国相关企业的市场竞争力具有重要的意义，如图 1-3 所示。图 1-2 板料数控渐进成形技术示意图[8]

武汉理工大学硕士学位论文设计，适应了多品种、少批量生产，适应了交货时间短、快速响应用户需条件。该工艺可以直接应用于汽车工业、医疗器械、工艺美术品等产品的制造，对提高我国相关企业的市场竞争力具有重要的意义，如图 1-3 所示。

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本文编号：2777848