铝合金弯臂锻造工艺研究及数值分析

发布时间：2017-10-03 06:35

  本文关键词：铝合金弯臂锻造工艺研究及数值分析

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【摘要】：铝是地壳中含量最多、分布最广的金属元素之一，相比于钢铁，铝具有密度小、塑性好、比强度及比刚度高、导电导热性能好、耐氧化、回收性能好等特点。相比于金属铝，铝合金一方面具有更高的比强度、比刚度，接近或超过优质钢，原因是合金元素的加入对铝基体起到了强化作用；另一方面铝合金同金属铝一样，密度较低，塑形好，，可用于加工成各种型材及板材；此外，铝合金还具有良好的导电性、导热性及抗腐蚀性。基于这些优点，使铝合金在工业上得到广泛应用。一些铝合金可通过热处理的方法来获得更好的机械性能、物理性能及抗腐蚀性能。 随着对汽车轻量化的要求越来越高，汽车产业正大量使用铝合金材料。在汽车零部件中，弯臂作为一个关键连接件，在汽车的转向系统中，可承受复杂多变的应力、应变作用，且其质量性能的高低对汽车的使用性能有一定影响。由于弯臂的形状较复杂，成形较难，以及铝合金在锻造过程中的成形特点，锻件在成形过程中会出现折叠及充不满等缺陷。为了锻造出高质量高性能的铝合金弯臂，本文主要从成形工艺和避免产生锻造缺陷即模具优化两方面来进行研究，并对弯臂锻造过程进行数值模拟分析。 弯臂用的材料是6082铝合金，广泛应用于欧洲汽车行业。6系铝合金具有较高的耐热性、耐磨性及塑形，且可以通过形变及热处理的方式对其进行强化。6082铝合金的特性是中等强度、冷加工性好。本文制定了辊锻制坯—弯曲—模锻复合工艺成形铝合金弯臂的工艺方案。 通过对辊锻工艺的有限元数值模拟分析，对辊锻模具进行优化设计，对辊锻型槽系、型槽尺寸进行修改，避免在辊锻过程中坯料出现弯曲、凸起、凹陷等现象，保证辊锻件质量合格。 通过对辊锻件弯曲、模锻工艺的数值模拟分析，进一步优化辊锻毛坯的结构及尺寸，进而对辊锻、弯曲及模锻模具均进行较优化设计，最终达到理想的成形效果。 通过改变锻造温度、打击速度及摩擦系数，模拟得到其对模锻件的温度分布、成形力曲线的影响规律，得到最终比较好的参数。这些均为铝合金弯臂的实际生产提供了理论依据。 最后对模锻件的晶粒度进行分析，对变形区域的某一点晶粒度变化跟踪分析，得到在塑性变形过程中，其内部晶粒的分布、尺寸等的变化，通过不同锻造温度下晶粒度大小的比较，确定最适宜的模锻温度。
【关键词】：铝合金 弯臂 辊锻 模锻 数值模拟
【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】：TG319
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 铝合金概述11-15
• 1.1.1 铝及铝合金的简介11-13
• 1.1.2 铝合金的应用13-15
• 1.2 铝合金锻造研究现状15-19
• 1.2.1 铝合金的锻造15-18
• 1.2.2 铝合金弯臂成形工艺研究现状18-19
• 1.3 金属热变形微观组织变化19
• 1.4 数值模拟在金属塑性成形中的应用19-21
• 1.5 DEFORM 有限元模拟软件的应用21-22
• 1.6 论文研究的内容及意义22-25
• 第2章 铝合金弯臂锻造工艺方案制定及有限元模型建立25-47
• 2.1 铝合金弯臂锻造工艺方案25-26
• 2.2 制订有限元模拟方案26-27
• 2.3 辊锻模具设计计算与优化27-36
• 2.3.1 辊锻毛坯的设计27
• 2.3.2 辊锻道次的确定27-29
• 2.3.3 辊锻槽系的选择29
• 2.3.4 辊锻型槽尺寸的设计及计算29-34
• 2.3.5 辊锻模具的优化设计34-36
• 2.4 弯曲、模锻设计计算与优化36-44
• 2.4.1 弯曲模具的设计及优化36-38
• 2.4.2 模锻模具的设计与优化38-41
• 2.4.3 工艺过程有限元模拟及模具优化41-44
• 2.5 本章小结44-47
• 第3章 铝合金弯臂辊锻工艺数值模拟分析47-61
• 3.1 辊锻参数选择及前处理47-52
• 3.2 辊锻模拟结果分析52-58
• 3.2.1 各道次辊锻过程中锻件温度的变化52-54
• 3.2.2 辊锻力曲线结果分析54-56
• 3.2.3 辊锻件速度场模拟分析56-57
• 3.2.4 应力场分析57-58
• 3.3 本章小结58-61
• 第4章 铝合金弯臂弯曲、模锻工艺数值模拟分析61-75
• 4.1 弯曲参数选择及前处理61
• 4.2 弯曲后处理及结果分析61-63
• 4.2.1 成形力曲线61-62
• 4.2.2 锻件应力场分布62-63
• 4.2.3 温度场分布63
• 4.3 模锻参数选择及前处理63-64
• 4.4 模锻后处理及结果分析64-67
• 4.4.1 锻件应力应变场64-66
• 4.4.2 摩擦系数对成形力的影响66-67
• 4.5 温度对成形性能的影响67-69
• 4.5.1 等温锻造时模锻件内部组织67
• 4.5.2 模锻温度与锻件温度场的关系67-69
• 4.6 打击速度对成形性能的影响69-72
• 4.6.1 锻件温度场69-70
• 4.6.2 锻件应力场70-71
• 4.6.3 锻件变形抗力71-72
• 4.7 本章小结72-75
• 第5章 晶粒度分析75-87
• 5.1 晶粒分析参数选择75-80
• 5.2 辊锻晶粒度分析80-82
• 5.3 模锻过程晶粒分析82-87
• 第6章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-95
• 研究生期间发表论文及课题工作95-97
• 致谢97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：963687