叠合板挤压成形工艺研究

发布时间：2019-07-26 12:34

【摘要】：随着工业轻量化要求的不断提升,板料体积成形工艺(Sheet-Bulk Metal Forming)的发展日渐成熟,这类工艺用于在中厚板、厚板上成形三维立体特征,逐渐替代了部分本需棒料、块料进行体积成形的零件。凸台挤压工艺作为一种典型的板料体积成形工艺,其所成形的凸台特征主要用于定位、装配等后续工艺。在此工艺中,通常存在凸台高度不足的问题,究其原因在于挤压比较大时,挤压过程中存在的变形死区令材料向凹模孔的流动不通畅所致。基于上述背景,本文提出了一种新工艺方法——叠合板挤压,既属于板料体积成形,又属于机械塑性连接,它的提出拓展了具有凸台特征的板料零件在工业生产中可加工范围,并为板料体积成形中的聚料问题提供了一种可行的解决方案。叠合板挤压采用无任何连接的两块板料叠合放置,即可在一个工步内完成凸台挤压、母板冲孔、凸台落料、连接装配等多步工序,最终在母板上成形并装配组合凸台特征。由该工艺生产的“钉-板”结构装配体既可替代凸台挤压工艺成形的凸台特征,又可后续与其它的板料、块料形成进一步连接。对于这项新工艺,本文采用了物理实验结合辅助模拟的研究方法,根据实验及模拟结果将叠合板挤压工艺全过程划分为三个成形阶段:初始挤压阶段、稳态挤压阶段和非稳态挤压阶段。针对性地提出了三阶段分析方法,对各个阶段内的材料流动及凸台成长规律进行了研究,对三个阶段的划分界限,即两次材料分离现象进行了重点研究,对漏斗状、自锁等特殊结构的生成及其对材料流动所起作用进行了分析验证。考虑到叠合板挤压的主要功能是作为单板凸台挤压的替代工艺,本文设计了对比实验,分别得到了高度相近的组合凸台特征及整体凸台特征,并对两种工艺过程的材料流动及载荷变化进行了对比研究。结果发现,相比单板挤压,叠合板在挤压实效和材料流动方面具有优势,后者是由于挤压过程中母板上自然形成的漏斗状结构可引导材料流入凹模。为此,本文对漏斗状结构对材料流动的引导作用与单板凸台挤压中的死区材料进行了对比。基于上述研究成果,本文采用了辅料板增厚的工艺方案,通过叠合板挤压实验获得板料上超高组合凸台特征,且通过设计抗压脱、抗剪切破坏试验,验证了组合凸台具有一定程度的强度。在获得超高凸台的同时,通过改变凸模压下量,探索了凸台高度的增长规律。实验结果表明:稳态挤压阶段中凸台的成长最为稳定、高效,因此,为获得高度足量的凸台特征,应尽量延长稳态挤压阶段。结合叠合板挤压的三阶段分析方法以及凸台高度的增长规律,通过进一步抽象推导,本文提出了用于评价成长指标增长规律的三象限法理论。通过添加虚无层面的建模方法,分析了叠合板挤压过程的接触逻辑图,采用三象限法对凸台高度的瞬态增长量进行了估测,并将其结论拓展到单板挤压等其它板料体积成形工艺。
【图文】：

叠合板挤压成形工艺研究

料体积成形的提出与分类料体积成形工艺是近年才在本学科国内外主流学术期刊中经常被但板料体积成形所包含的具体工艺并非近年才出现，而是已存在一段时间，特别是精冲复合成形工艺[10]。料体积成形这一概念，最早是在第 10 届国际塑性加工大会（10therklein[11]和 Allwood[12]共同提出的[5]。erklein 等[5]指出，金属塑性成形的各种工艺可以按照局部受力及变 5 类：压缩成形、拉压复合成形、拉伸成形、弯曲成形和剪切成形或拉压复合成形的工艺用于厚度为 1mm~5mm 的金属板料，可寸等于或超过板厚的三维立体特征，符合该条件的成形工艺就属形。同时，还按板料体积成形工艺的性质对其进行了划分，，如图

叠合板挤压成形工艺研究

按照成形过程可划分为一次成形（模具多为直线运动）为回转运动）两类；按照材料变形范围可划分为整体成形（如板料锻造）和）两类。板料体积成形工艺中，研究最为广泛且深入的是板料。造的研究现状锻造的内涵通常有两种理解。广义的板料锻造是一次形工艺的总称，即把锻造工艺应用在板料上，一些诸如半冲孔等工艺可归纳在板料锻造之中。狭义的板料锻造进行体积成形，生产本需棒料锻造才能成形的零件的工概念明晰，本文中提及的板料锻造是指狭义的板料锻造
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG376

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