ZK60镁合金热冲压工艺节能优化方法研究

发布时间：2020-05-29 02:23

【摘要】：镁合金优点众多,具有广阔的应用前景,但其常温状态下塑性较差难以实现加工制造,因此常采用热冲压成形工艺来提高镁合金的塑性变形能力,然而在热冲压成形过程中成形力较大且需要对板料进行加热,是高耗能的制造过程,与当前制造业节能减排的迫切需求背道而驰。因此本文针对镁合金冲压加工过程中高耗能的问题展开了研究,以实现满足成形质量的同时降低冲压工艺能量消耗。首先,为实现满足成形质量的同时降低工艺能耗的目的,本文提出冲压工艺节能优化方法,综合考虑成形质量及工艺能耗,确立包含变形能耗及加热能耗的工艺能耗指标,依据板料在变形过程中应力应变的特征,将变形能耗分为内部拉伸压缩变形能耗、摩擦能耗、以及弯曲能耗三部分分别计算;确立了以最大增厚率与最大减薄率为成形件的成形质量评价指标;同时包含优化变量的确立及实验设计方法、实验处理与优化求解方法以及最终对优化结果进行实验验证方法。研究了温度与应变速率均不相同情况下的ZK60镁合金在塑性变形过程中的力学特性,并建立了热变形条件下ZK60镁合金的本构方程;基于ABAQUS有限元数值模拟软件,以筒形件为例建立了热冲压成形数值分析方法,为理论计算工艺能耗以及数值模拟分析获得成形质量指标提供依据。将所提出的冲压成形节能优化方法应用于ZK60镁合金的热冲压工艺优化过程中,确定优化变量即各工艺参数的取值范围,以压边力、冲压速度、成形温度为工艺参数自变量,以最大减薄率、最大增厚率、工艺能耗为ZK60镁合金冲压工艺节能优化评价指标,选取L_(16)(4~3)正交表建立正交试验方案进行了数值模拟实验,从而获得了成形质量评价指标的数据,同时通过理论计算获得工艺能耗数据。基于二阶响应面模型,采用最小二乘法确立了工艺参数与优化目标量的映射函数,基于统计学分析表明所建立函数模型均为显著模型;通过Matlab软件,基于NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化获得Pareto前沿并给出推荐方案;设计ZK60镁合金筒形件热冲压实验进行验证,结果均显示误差较小,符合精度要求。
【图文】：

近五年我国制造业能源消耗Fig1.1EnergyconsumptionofmanufacturingindustryinChinanearlyfiveyears

第三章 ZK60 镁合金力学特性分析成分如表 3.1 所示。实验所用拉伸试样是依据《GB/T4338-2006 金属材料高温试验方法》进行设计，，并采用线切割加工成厚度为 2mm、总长为 170mm、平长为 70mm、标距为 50mm、夹持端为 35mm 的试样，其结构尺寸如图 3.2 所样式。为保证表面粗糙度，在预留出加工余量之后，采用砂纸对试样表面及进行打磨，直至试样表面光亮、切割痕迹消失为止。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李理;周楠;;EW94耐热镁合金板材热拉延能力的实验研究[J];航空材料学报;2013年05期

2 文艺;钟文;柳玉起;;冲压成形过程中拉延工艺参数的优化设计[J];塑性工程学报;2013年03期

3 卿启湘;陈哲吾;刘杰;谢宇明;;基于Kriging插值和回归响应面法的冲压成形参数的优化及对比分析[J];中国机械工程;2013年11期

4 吴召齐;李细锋;陈军;叶丽燕;;基于多宽度高斯核函数模型的十字形件冲压成形工艺参数优化[J];塑性工程学报;2013年01期

5 喻祖建;李建辉;杨成林;毕雁;;镁合金薄板冲压成形技术研究进展[J];热加工工艺;2012年09期

6 曹华军;李洪丞;杜彦斌;李先广;;低碳制造研究现状、发展趋势及挑战[J];航空制造技术;2012年09期

7 庄百亮;单忠德;姜超;戎文娟;;汽车防撞梁超高强钢热成形工艺研究[J];中国机械工程;2012年02期

8 王茜;张粒子;;采用NSGA-Ⅱ混合智能算法的风电场多目标电网规划[J];中国电机工程学报;2011年19期

9 李伟平;王世东;周兵;张利轩;马义超;;基于响应面法和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架优化[J];湖南大学学报(自然科学版);2011年06期

10 刘献礼;陈涛;;机械制造中的低碳制造理论与技术[J];哈尔滨理工大学学报;2011年01期

相关硕士学位论文 前3条

1 程龙军;新型串并混联机械手的分析与设计[D];燕山大学;2016年

2 于晓龙;高强度板材变速变载变行程冲压成形研究[D];上海应用技术大学;2016年

3 李琳;ZK60镁合金筒形件热拉深工艺研究[D];合肥工业大学;2016年

本文编号：2686230