薄壁锥形零件热挤压模拟及模具优化设计研究

发布时间：2017-10-02 13:10

  本文关键词：薄壁锥形零件热挤压模拟及模具优化设计研究

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【摘要】：本文的主要研究对象为2A12铝合金薄壁锥形零件,该零件为中心对称结构,总体尺寸较大,但壁较薄,上端等径圆环与锥形壁厚度不一致成形时易出现缺陷,前端为一空心小圆台结构较难完全成形,且零件对强度也有一定要求。本文决定采用热挤压成形的方式生产该零件,并对该工艺进行研究和优化,最后通过实际的试验验证所设计工艺是否合理。通过对零件的形状结构进行分析,设计了成形件的形状尺寸,并据此确定了原始的坯料及模具形状,确定一次挤压成形的方案。根据材料的性能特点及以往的经验,确定了挤压速度、挤压温度、摩擦系数等工艺参数的范围。建立模型并通过DEFORM-3D数值模拟软件对挤压过程进行模拟,研究比较不同形状尺寸坯料、挤压温度、挤压速度、摩擦系数的成形结果,分析整个过程金属的流动规律、应力应变分布、载荷变化情况等,并根据分析结果确定最合理的参数。结果表明：管状坯料所需载荷明显小于柱状坯料,相同尺寸下小了大约500kN,且成形件应变分布更均匀；当厚度相同时,管状坯料半径越小,所需载荷越小,但成形件的性能越差；随着温度升高,成形件性能分布愈加均匀,所需载荷也越小,480℃时所需载荷比400℃时小了1250kN;随着下压速度增大,金属流动愈加不均匀,所需载荷也随之增大,25mm/s时所需载荷比6mm/s时大了670kN；摩擦系数小于一定值时,零件无法成形,在能成形的前提下,摩擦系数增大会使所需的载荷急剧增大,0.3时所需载荷比0.15时大了1600kN,且应变分布也变得更加不均匀。通过数值模拟对优化前后的模具进行了应力分析。结果显示,将上模前端改为锥状后,不仅使整体的等效应力最大值减小100Mpa,而且使上模前端压头部分应力值大幅度减小,应力分布更加均匀,保护了上模这部分易受损失效的区域,延长了模具使用寿命。下模的应力值较大,但在可承受的范围内。最后根据模拟确定的工艺方案,进行实际的试验试制,所得成形件经过后续的精加工后,表面平整,形状尺寸符合要求,对其进行力学性能的测试,显示性能良好,强度符合使用要求,验证了模拟过程的正确性及所设计模具结构的合理性。
【关键词】：2A12铝合金 薄壁锥形件 挤压 数值模拟 模具设计
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题的研究背景及意义10
• 1.2 铝合金简介10-13
• 1.2.1 铝合金特点及分类10-11
• 1.2.2 铝合金的应用11-12
• 1.2.3 2A12铝合金性能及应用12-13
• 1.3 铝合金挤压技术13-16
• 1.3.1 塑性成形加工方法13
• 1.3.2 铝合金挤压技术研究概况13-16
• 1.4 数值模拟技术发展现状16-17
• 1.5 本课题主要研究内容17-19
• 2 薄壁锥形零件成形工艺分析19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 材料的选择19
• 2.3 成形工艺分析19-20
• 2.4 工艺方案的制定20-22
• 2.4.1 挤压件图的制定20-21
• 2.4.2 坯料的选择21-22
• 2.4.3 成形方案的确定22
• 2.5 工艺参数的分析22-24
• 2.5.1 挤压温度分析22-23
• 2.5.2 挤压速度分析23
• 2.5.3 挤压润滑条件分析23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 薄壁锥形零件挤压数值模拟及结果分析25-51
• 3.1 刚塑性有限元法简介25-26
• 3.1.1 刚塑性有限元法的基本假设25
• 3.1.2 刚塑性有限元法的基本方程25-26
• 3.2 Deform软件介绍26-27
• 3.3 不同形状尺寸坯料成形数值模拟27-39
• 3.3.1 模拟模型的建立27-28
• 3.3.2 不同坯料挤压成形方案的模拟结果与分析28-39
• 3.4 不同工艺参数对挤压成形结果的影响39-49
• 3.4.1 挤压温度对挤压成形的影响39-43
• 3.4.2 挤压速度对挤压成形的影响43-47
• 3.4.3 摩擦对挤压成形的影响47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 4 薄壁锥形零件模具结构优化及设计51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 模具结构的优化51-53
• 4.3 成形过程模具应力分析53-58
• 4.3.1 优化模具应力分析54-56
• 4.3.2 模具优化前后应力分布的比较56-58
• 4.4 挤压模具设计58-63
• 4.4.1 模具材料的选择58-59
• 4.4.2 挤压模具的设计59-62
• 4.4.3 模具装配图62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 薄壁锥形零件等温挤压试验64-70
• 5.1 引言64
• 5.2 试验条件64-67
• 5.2.1 试验设备64-65
• 5.2.2 试验坯料及模具65-66
• 5.2.3 润滑材料66-67
• 5.2.4 挤压工艺参数67
• 5.3 成形试验67-69
• 5.3.1 试验流程67-68
• 5.3.2 试验结果与分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 结论70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 附录76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵国群,马新武,王广春,赵新海;锻造过程最优化预成形设计系统的开发研究[J];锻压机械;1999年04期

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本文编号：959762