本文關(guān)鍵詞：鋁合金輪輞分形制坯—多道旋壓復(fù)合成形工藝的數(shù)值模擬

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【摘要】：隨著人類社會的發(fā)展，環(huán)境和能源問題日益凸顯，汽車輕量化越來越受到人們的重視。而在汽車輕量化過程中，鋁及鋁合金以其獨(dú)有的特點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于汽車零部件中。汽車鋁合金輪輞具有優(yōu)美的外觀、較高的強(qiáng)度、良好的散熱性等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸代替鋼制輪輞，成為高品位轎車的標(biāo)志。 目前，鋁合金輪輞有鑄造法，鍛造法和旋壓法三種生產(chǎn)工藝方法。相比于其他兩種方法，旋壓法由于具有工件尺寸精度高、材料利用率高、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)而成為輪輞制造業(yè)的發(fā)展方向。本文提出了把分形旋壓技術(shù)與多道次旋壓技術(shù)相結(jié)合的鋁合金輪輞的復(fù)合成形工藝即分形制坯 多道次旋壓成形，，該工藝過程是一個復(fù)雜的塑性成形過程，為了系統(tǒng)的研究鋁合金輪輞旋壓成形規(guī)律，在對上述復(fù)合工藝分析的基礎(chǔ)上，建立了符合實(shí)際的合理力學(xué)模型，并利用有限元分析軟件ABAQUS數(shù)值模擬研究該工藝過程，得到了分形旋壓以及多道次旋壓過程的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，以及工藝參數(shù)的變化對不同旋壓成形過程的影響，為有效的制定成形工藝、優(yōu)化工藝參數(shù)提供了依據(jù)。 數(shù)值模擬研究分形旋壓成形過程，得到了該過程中應(yīng)力應(yīng)變分布以及工藝參數(shù)對成形結(jié)果的影響。在分形旋壓數(shù)值模擬過程中，出現(xiàn)因網(wǎng)格畸變嚴(yán)重而計(jì)算終止的問題。為了解決這個問題，在模擬過程中應(yīng)用ALE方法，網(wǎng)格質(zhì)量得到改善，消除了網(wǎng)格畸變，計(jì)算得以順利進(jìn)行并得到比較理想的結(jié)果。結(jié)果顯示：分形旋壓過程中等效應(yīng)力分布不均勻，極大值始終集中在分形旋輪與坯料的接觸區(qū)域；等效塑性應(yīng)變極大值集中在坯料的劈開處；工藝參數(shù)中隨著旋輪分形角和進(jìn)給比的增大，成形凸緣的不均勻程度減小，成形精度降低，而旋輪圓角半徑對它們的影響正好相反。 數(shù)值模擬研究多道次旋壓成形過程，得到了各道次成形過程中等效應(yīng)力極大值和等效塑性應(yīng)變極大值的變化規(guī)律。結(jié)果表明：多道次旋壓成形過程中等效應(yīng)力極大值區(qū)域集中在旋輪與坯料的接觸位置，等效應(yīng)力極大值隨著成形過程的進(jìn)行是增大的，直到最大值，但在第一、二道次成形過程中等效應(yīng)力極大值還存在于坯料外表面的根部區(qū)域；等效塑性應(yīng)變極大值出現(xiàn)在旋輪與坯料的接觸區(qū)域，并形成一個應(yīng)變環(huán)，應(yīng)變環(huán)隨著成形的進(jìn)行逐漸外移，但在第一、二道次成形過程中坯料根部也出現(xiàn)了應(yīng)變環(huán)。 通過改變工藝參數(shù)的水平，得到了進(jìn)給比、主軸轉(zhuǎn)速和旋輪圓角半徑等參數(shù)對等效塑性應(yīng)變、等效應(yīng)力和旋壓力的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著進(jìn)給比的增大，等效應(yīng)力極大值和等效塑性應(yīng)變極大值在第一、二道次中都是先增大后減小，而在第三道次中完全相反；在三個道次中，等效應(yīng)力極大值和等效塑性應(yīng)變極大值都是隨著主軸轉(zhuǎn)速、旋輪圓角半徑的增大而增大的；每個道次中旋壓力隨著進(jìn)給比、主軸轉(zhuǎn)速、旋輪圓角半徑的增大而增大。 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，合理的選擇工藝參數(shù)以及工藝參數(shù)的水平范圍，采用正交表安排試驗(yàn)方案，對工藝參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行信噪比處理，然后采用極差 均值分析和方差分析方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得到了進(jìn)給比、主軸轉(zhuǎn)速、圓角半徑、摩擦系數(shù)對偏移量和最小厚度偏差兩個評價指標(biāo)影響的主次關(guān)系：進(jìn)給比和摩擦系數(shù)對偏移量影響顯著，主軸轉(zhuǎn)速和圓角半徑對偏移量影響不明顯；圓角半徑對最小厚度偏差影響最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速，其次為進(jìn)給比，摩擦系數(shù)影響最小。然后在參數(shù)的可選范圍內(nèi)，得到一組最優(yōu)的工藝參數(shù)組合：進(jìn)給比為1.2mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為2.5r/s，圓角半徑為14mm，摩擦系數(shù)為0.05。參考模擬得到的優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測量研究，由測量的結(jié)果表明在所選的工藝參數(shù)條件下成形效果很好，同時驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可信性與正確性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1154477