5083铝合金温热成形界面换热系数求解及影响因素研究

发布时间：2017-08-12 16:15

  本文关键词：5083铝合金温热成形界面换热系数求解及影响因素研究

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【摘要】：节能、环保、安全是当前汽车工业发展的主题,汽车轻量化成为汽车工业发展的-个重要主题。采用铝合金作为车身覆盖件材料是实现汽车轻量化的主要措施之一,目前国内外铝合金材料在车身覆盖件上的应用日益普遍。铝合金材料在室温条件下塑性较差,成形性能不佳,成形件表面易出现缺陷,尺寸精度不足。铝合金温热成形是将板材加热到较高温度后进行冲压成形,使得材料成形性能提升,提高产品精度。在温热成形过程中,试件与模具间界面换热系数是对温热成形过程进行数值模拟的重要边界条件。准确求解界面换热系数对准确预测成形件的机械性能、微观组织和成型质量具有十分重要的意义。本文结合铝合金温热成形特点,构建了圆台换热试验模型,分别利用热平衡法和Beck非线性估算法对转运阶段和冲压淬火阶段的界面换热系数进行求解。将求解得到的换热系数曲线代入DEFORM有限元分析软件进行数值模拟,得到的温度值与试验实测值契合程度较高,非线性估算法求解结果对应的温度值平均误差为4.0%,非线性估算法-热平衡法结合法对应的温度值平均误差为3.2%。Beck非线性估算法适用于求解铝合金温热成形界面换热系数。结合界面换热系数求解算法,本文对铝合金温热成形过程中冲压载荷、界面温度、界面介质和材料物理性能参数的改变对界面换热系数的影响进行了探究。试验结果显示：一、接触面承受的载荷增大,会使接触表面微凸体变形程度增大,与之对应的是真实接触面积也同时有所扩大,界面换热系数升高,界面换热系数与冲压载荷间存在幂指数关系；二、相同冲压载荷下,温度升高会降低材料硬度,使得微凸体形变量增大,材料间可能发生相互扩散现象,界面接触更充分,换热系数随之增大；三、填充导热系数低,厚度大的材料会对削弱界面换热强度。对于双接触界面换热,单界面填充隔热材料会大大提高另一接触面的换热剧烈程度,对材料的冷却效果也更加明显；四、通过改变模具材料研究材料物理性能参数改变对界面换热系数影响。结果显示,导热系数高的45#模具钢与试样接触换热系数更大,换热效果优于H13模具钢。
【关键词】：界面换热系数 5083铝合金 温热成形 Beck非线性估算法 影响因素
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;U465.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 汽车轻量化10-15
• 1.2 铝合金车身材料及温热成形技术15-19
• 1.2.1 铝合金材料在车身上的应用15-18
• 1.2.2 铝合金的温热成形技术18-19
• 1.3 温热成形过程中的界面换热系数19-21
• 1.4 本文主要研究内容21-22
• 2 温热成形过程中传热基本理论22-41
• 2.1 传热学基本理论22-27
• 2.1.1 热量传递的三种方式22-23
• 2.1.2 接触热阻与界面换热系数23-27
• 2.2 接触导热的理论模型27-31
• 2.2.1 粗糙表面微观形貌模型28
• 2.2.2 固体材料微观形变模型28-29
• 2.2.3 接触导热模型29-31
• 2.3 界面换热系数的数值求解方法31-41
• 2.3.1 导热问题的数学描写31-32
• 2.3.2 换热系数求解中集中参数法的应用32-34
• 2.3.3 热平衡法34-36
• 2.3.4 有限差分法36-39
• 2.3.5 非线性估算法39-41
• 3 温热成形过程界面换热系数求解41-55
• 3.1 试验设计及操作41-46
• 3.1.1 试验设计41-42
• 3.1.2 试验操作42-43
• 3.1.3 试验误差分析43-46
• 3.2 温热成形过程界面换热系数求解46-51
• 3.2.1 转运过程中换热系数求解46-48
• 3.2.2 冲压淬火阶段换热系数求解48-51
• 3.3 数值模拟验证51-55
• 4 界面换热系数影响因素探究55-66
• 4.1 冲压载荷对界面换热系数的影响55-57
• 4.2 界面温度对界面换热系数的影响57-59
• 4.3 界面介质对界面换热系数的影响59-63
• 4.3.1 脱模剂对界面换热系数的影响60-61
• 4.3.2 隔热材料对界面换热系数的影响61-63
• 4.4 材料物理性能参数对界面换热系数的影响63-66
• 结论66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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本文编号：662485