铝合金板电辅助双面多点增量成形过程中的断裂极限研究

发布时间：2020-08-20 09:54

【摘要】：航空航天、汽车等领域的许多零件存在异形构件和局部结构,传统的板料成形工艺制造周期长、试制费用高,难以适应异形结构、小批量和试制的需求。双面多点增量成形(Double Side Multi-Ponit Incremental Sheet Forming,DMISF)工艺具有成形精度高、生产柔性大、断裂极限高等优点,尤其适合小批量、局部结构复杂的零件成形。本文引入电辅助条件,提出电辅助双面多点增量成形工艺(Electrically-assisted Double Side Multi-Ponit Incremental Sheet Forming,E-DMISF)的新方法,利用电辅助对材料的增塑效应,进一步提高其成形能力。然而电辅助双面多点增量成形工艺是电—热—结构多场耦合的复杂过程,成形过程中材料的流变非常复杂,急需探讨E-DMISF工艺条件下的材料成形能力和断裂极限,以实现E-DMISF工艺路径的合理规划,从而指导薄壁构件的成形工艺设计。本文以2024-T3铝合金为研究对象,建立了E-DMISF工艺的有限元仿真模型和实验平台。针对E-DMISF工艺,以曲母线圆锥台和曲母线方锥台为特征件,开展了以应力三轴度为特征函数的断裂极限实验和理论研究,得到了电流参数等对断裂极限的影响并进行了验证。论文完成的工作主要包括:进行了E-DMISF工艺成形过程中变形区的应力分析,结合Hertz接触理论和脉冲电流影响函数得到了应力三轴度的表达公式。基于ABAQUS软件,研究了E-DMISF工艺的“电-热-结构”的多场耦合仿真建模方法。设计曲母线圆锥台和曲母线方锥台作为断裂极限研究的特征件,通过特征件的仿真分析,确定了成形过程中材料从拉伸区进入和离开压缩区时对应的等效应变,并为实验平台设计提供了电流、成形力等初步的实验参数。设计并搭建了E-DMISF工艺实验平台,进行了E-DMISF工艺条件下的断裂极限实验研究。获得了不同电流参数下的材料的最大成形角和最大成形高度,确定了不同电流参数下的成形力。研究不同电流参数下的断裂极限实验曲线,获得E-DMISF工艺条件下的断裂极限经验公式。分析不同工艺条件下的应力三轴度曲线,结合实验结果建立了以应力三轴度为特征函数的E-DMISF工艺条件下断裂极限的判定准则。通过实验和理论分析发现电流的引入确实可以提高其断裂极限,同时得到了电流对E-DMISF工艺中断裂极限的影响规律并进行了验证。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：

中间截面,成形件,板料,截面

39bb) Profile error3-13 E-DMISFFig. 3-13 Profile error of E-DMISF process of hyperbolic truncated con真结果与理论轮廓对比，如图 3-13 所示，所取截面为成形中 x = 0处为板料中心。由图 3-13 可以看出，在法兰区成形大达到了 1.52mm，而在成形区，除了圆锥台底部过渡圆角的影响偏离理想轮廓较为严重，其轮廓度误差达到了 0.5m差处于±0.15mm 内，和理想轮廓非常接近。法兰区误差较着支撑工具头的径向进给，法兰部分缺少支撑因而在变形了一定的“下陷”。考虑到实际生产中也存在法兰塌陷的情限元模型在误差允许范围内具有相当高的精度。

均匀分布,成形工具,薄板,成形

4-2 E-DMSIFFig. 4-2 Forming system of E-DMISF process头总成如图 4-3（a）所示，在待成形薄板一侧设置一个接至由三组丝杠导轨组成的移动模块上，每组丝杠导可实现成形工具头总成在该方向上的移动。成形工具自由度，这样可以很大程度上减轻成形过程中由于工”从而提高材料成形质量。成形工具头总成向外引出。）为支撑工具头总成。在待成形薄板另外一侧设置三个头分别固定于套筒中，均匀分布于一个固定卡爪座上工具头通过滑块实现在导轨中的移动，每条导轨末端运动。固定卡爪座与成形工具头总成一样，后接三组移动自由度，同时固定卡爪座可以实现绕自身轴线的，实验过程中，导电滑环输入端与直流脉冲电源相连电。成形工具头与支撑工具头的材料均采用 45 钢，经C。

应力三轴度,工艺参数

应力三轴度的分布如图 5-6 所示，涉及到的工艺参数如表 5-3 所5-3 E-DMISFTable 5-3 Parameters in E-DMISF processT(K) j (A/mm2)1 298 üü2 323 10.13 373 12.14 423 15.55 473 17.8

【参考文献】