铝合金轮辋分形制坯—多道旋压复合成形工艺的数值模拟

发布时间：2017-11-07 23:02

本文关键词：铝合金轮辋分形制坯—多道旋压复合成形工艺的数值模拟

【摘要】：随着人类社会的发展，环境和能源问题日益凸显，汽车轻量化越来越受到人们的重视。而在汽车轻量化过程中，铝及铝合金以其独有的特点广泛的应用于汽车零部件中。汽车铝合金轮辋具有优美的外观、较高的强度、良好的散热性等优点，正逐渐代替钢制轮辋，成为高品位轿车的标志。目前，铝合金轮辋有铸造法，锻造法和旋压法三种生产工艺方法。相比于其他两种方法，旋压法由于具有工件尺寸精度高、材料利用率高、成本低等一系列优点而成为轮辋制造业的发展方向。本文提出了把分形旋压技术与多道次旋压技术相结合的铝合金轮辋的复合成形工艺即分形制坯多道次旋压成形，，该工艺过程是一个复杂的塑性成形过程，为了系统的研究铝合金轮辋旋压成形规律，在对上述复合工艺分析的基础上，建立了符合实际的合理力学模型，并利用有限元分析软件ABAQUS数值模拟研究该工艺过程，得到了分形旋压以及多道次旋压过程的应力应变分布规律，以及工艺参数的变化对不同旋压成形过程的影响，为有效的制定成形工艺、优化工艺参数提供了依据。数值模拟研究分形旋压成形过程，得到了该过程中应力应变分布以及工艺参数对成形结果的影响。在分形旋压数值模拟过程中，出现因网格畸变严重而计算终止的问题。为了解决这个问题，在模拟过程中应用ALE方法，网格质量得到改善，消除了网格畸变，计算得以顺利进行并得到比较理想的结果。结果显示：分形旋压过程中等效应力分布不均匀，极大值始终集中在分形旋轮与坯料的接触区域；等效塑性应变极大值集中在坯料的劈开处；工艺参数中随着旋轮分形角和进给比的增大，成形凸缘的不均匀程度减小，成形精度降低，而旋轮圆角半径对它们的影响正好相反。数值模拟研究多道次旋压成形过程，得到了各道次成形过程中等效应力极大值和等效塑性应变极大值的变化规律。结果表明：多道次旋压成形过程中等效应力极大值区域集中在旋轮与坯料的接触位置，等效应力极大值随着成形过程的进行是增大的，直到最大值，但在第一、二道次成形过程中等效应力极大值还存在于坯料外表面的根部区域；等效塑性应变极大值出现在旋轮与坯料的接触区域，并形成一个应变环，应变环随着成形的进行逐渐外移，但在第一、二道次成形过程中坯料根部也出现了应变环。通过改变工艺参数的水平，得到了进给比、主轴转速和旋轮圆角半径等参数对等效塑性应变、等效应力和旋压力的影响规律。结果表明：随着进给比的增大，等效应力极大值和等效塑性应变极大值在第一、二道次中都是先增大后减小，而在第三道次中完全相反；在三个道次中，等效应力极大值和等效塑性应变极大值都是随着主轴转速、旋轮圆角半径的增大而增大的；每个道次中旋压力随着进给比、主轴转速、旋轮圆角半径的增大而增大。在数值模拟的基础上，合理的选择工艺参数以及工艺参数的水平范围，采用正交表安排试验方案，对工艺参数进行正交试验优化设计。通过正交试验设计方法得到试验数据，并对试验数据进行信噪比处理，然后采用极差均值分析和方差分析方法对试验数据进行了分析，得到了进给比、主轴转速、圆角半径、摩擦系数对偏移量和最小厚度偏差两个评价指标影响的主次关系：进给比和摩擦系数对偏移量影响显著，主轴转速和圆角半径对偏移量影响不明显；圆角半径对最小厚度偏差影响最大，其次是主轴转速，其次为进给比，摩擦系数影响最小。然后在参数的可选范围内，得到一组最优的工艺参数组合：进给比为1.2mm/r，主轴转速为2.5r/s，圆角半径为14mm，摩擦系数为0.05。参考模拟得到的优化工艺参数，进行了实验研究，并对实验结果进行测量研究，由测量的结果表明在所选的工艺参数条件下成形效果很好，同时验证了模拟结果的可信性与正确性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306

【参考文献】

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