闭挤式精冲变形区材料力学行为研究

发布时间：2017-08-19 04:04

  本文关键词：闭挤式精冲变形区材料力学行为研究

  更多相关文章： 闭挤式精冲 力学行为分析 塑性 断裂准则

【摘要】：闭挤式精冲是利用变形区强大的三向压应力状态能够提升材料塑性的原理,针对厚板和低塑性材料的精冲而发展起来的新工艺。本文主要针对闭挤式精冲的基础力学问题开展研究。这些问题是,三向压应力大小与变形区塑性增加值的关系问题,闭挤式精冲成形力的计算问题;以及为了得到与实际相近的模拟效果,有限元模拟时应选取的流动应力模型及断裂准则问题。以上研究将为闭挤式精冲新工艺的发展奠定基础,具有显著的工程应用价值。首先,为获知三向压应力对塑性的提升幅度大小,通过硬铝的封闭式镦粗和普通镦粗分别做有限元分析,从表面损伤分布和理论计算两方面对塑性的提升初步提出定量判断。将类似的方法应用到闭挤式精冲中,对封闭的材料进行力学分析,建立了闭挤式精冲的滑移线场,求得在封闭型腔中材料所受到的冲裁力和流动阻力,从而得知在良好塑性条件下所需的冲裁力大小,以此预测成形质量。其次,选取6种常见韧性断裂准则,通过拉伸、扭转试验,确定材料断裂临界值,同时拟合出符合精冲过程的流动应力模型,由Absoft Fortran植入DEFORM-2D软件中,选取填充率分别为100%、90%的材料,对应不同的断裂准则对成形过程进行仿真。从断裂过程的损伤变化、断裂因素等对断裂准则进行进一步评判,找出最符合闭挤式精冲成形的断裂准则,并在此基础上,对精冲成形热传导进行了研究;最后,基于有限元模型进行了物理实验验证。研究表明,由于三向压应力环境提供的高流动阻力限制了材料破坏,使硬铝成形零件的表面损伤相对于单向压镦粗而言减少约2/3;为达到理想的塑性效果,在100%填充率时,20#钢闭挤式精冲所需冲裁力为440-500KN最佳;Ludwik流动应力模型以及Normalized CL断裂准则最符合闭挤式精冲成形;闭挤式精冲过程中温升有限,对成形影响不大;物理实验情况与模拟相近,因而数值模拟的精确性可有效提升,对今后有限元软件的二次开发做铺垫,同时也对模具的设计与优化提供参考。
【关键词】：闭挤式精冲 力学行为分析 塑性 断裂准则
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景9-14
• 1.1.1 精冲技术简介9-10
• 1.1.2 厚板精冲及精冲力学研究现状10-12
• 1.1.3 闭挤式精冲的研究现状12-14
• 1.1.4 闭挤式精冲尚存在的问题14
• 1.2 研究意义、目标、内容及研究方法14-15
• 1.2.1 研究意义14
• 1.2.2 研究目标14
• 1.2.3 研究内容及方法14-15
• 1.3 小结15-17
• 2 闭挤式精冲成形原理及力学特征17-25
• 2.1 闭挤式精冲的成形原理及工艺特征17-19
• 2.2 闭挤式精冲成形力学特征19-24
• 2.2.1 应变分析19-20
• 2.2.2 外力分析20-21
• 2.2.3 零件塑性分析21-22
• 2.2.4 断裂分析22-24
• 2.3 小结24-25
• 3 应力状态与塑性关系及闭挤式精冲的流动阻力25-47
• 3.1 塑性与三向压应力关系的初步研究25-35
• 3.1.1 有限元模型的建立25-26
• 3.1.2 圆柱体表面损伤分析26-30
• 3.1.3 流动阻力计算30-35
• 3.2 闭挤式精冲型腔内材料的应力分析35-45
• 3.2.1 变形区的滑移线场36-41
• 3.2.2 变形区的流动阻力41-45
• 3.3 小结45-47
• 4 闭挤式精冲挤剪变形区材料的断裂准则研究47-73
• 4.1 精冲断裂与数值模拟概述47-52
• 4.1.1 裂纹生成与扩展研究48-50
• 4.1.2 断裂准则研究50-52
• 4.2 基于 20#钢的韧性断裂试验52-57
• 4.2.1 临界特征尺寸测量53-56
• 4.2.2 有限元模型的建立56-57
• 4.3 常见韧性断裂准则的计算和评估57-60
• 4.4 闭挤式精冲有限元模型的建立60-65
• 4.4.1 材料的流动应力外推模型60-62
• 4.4.2 闭挤式精冲的有限元模型62-64
• 4.4.3 断裂准则的选取64-65
• 4.5 不同填充率材料的闭挤式精冲断裂仿真65-70
• 4.5.1 100%填充率材料仿真及断裂准则评估65-69
• 4.5.2 90%填充率材料仿真及断裂准则评估69-70
• 4.6 考虑热传导的闭挤式精冲断裂模拟70-72
• 4.7 小结72-73
• 5 闭挤式精冲的物理实验研究73-81
• 5.1 实验设计73-75
• 5.1.1 实验材料73
• 5.1.2 实验模具73-75
• 5.2 实验结果75-79
• 5.2.1 断裂带比对75-78
• 5.2.2 冲裁力78-79
• 5.3 小结79-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果89

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本文编号：698528