【摘要】：隨著工業(yè)輕量化要求的不斷提升,板料體積成形工藝(Sheet-Bulk Metal Forming)的發(fā)展日漸成熟,這類工藝用于在中厚板、厚板上成形三維立體特征,逐漸替代了部分本需棒料、塊料進(jìn)行體積成形的零件。凸臺(tái)擠壓工藝作為一種典型的板料體積成形工藝,其所成形的凸臺(tái)特征主要用于定位、裝配等后續(xù)工藝。在此工藝中,通常存在凸臺(tái)高度不足的問(wèn)題,究其原因在于擠壓比較大時(shí),擠壓過(guò)程中存在的變形死區(qū)令材料向凹模孔的流動(dòng)不通暢所致。基于上述背景,本文提出了一種新工藝方法——疊合板擠壓,既屬于板料體積成形,又屬于機(jī)械塑性連接,它的提出拓展了具有凸臺(tái)特征的板料零件在工業(yè)生產(chǎn)中可加工范圍,并為板料體積成形中的聚料問(wèn)題提供了一種可行的解決方案。疊合板擠壓采用無(wú)任何連接的兩塊板料疊合放置,即可在一個(gè)工步內(nèi)完成凸臺(tái)擠壓、母板沖孔、凸臺(tái)落料、連接裝配等多步工序,最終在母板上成形并裝配組合凸臺(tái)特征。由該工藝生產(chǎn)的“釘-板”結(jié)構(gòu)裝配體既可替代凸臺(tái)擠壓工藝成形的凸臺(tái)特征,又可后續(xù)與其它的板料、塊料形成進(jìn)一步連接。對(duì)于這項(xiàng)新工藝,本文采用了物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合輔助模擬的研究方法,根據(jù)實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果將疊合板擠壓工藝全過(guò)程劃分為三個(gè)成形階段:初始擠壓階段、穩(wěn)態(tài)擠壓階段和非穩(wěn)態(tài)擠壓階段。針對(duì)性地提出了三階段分析方法,對(duì)各個(gè)階段內(nèi)的材料流動(dòng)及凸臺(tái)成長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了研究,對(duì)三個(gè)階段的劃分界限,即兩次材料分離現(xiàn)象進(jìn)行了重點(diǎn)研究,對(duì)漏斗狀、自鎖等特殊結(jié)構(gòu)的生成及其對(duì)材料流動(dòng)所起作用進(jìn)行了分析驗(yàn)證。考慮到疊合板擠壓的主要功能是作為單板凸臺(tái)擠壓的替代工藝,本文設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn),分別得到了高度相近的組合凸臺(tái)特征及整體凸臺(tái)特征,并對(duì)兩種工藝過(guò)程的材料流動(dòng)及載荷變化進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比單板擠壓,疊合板在擠壓實(shí)效和材料流動(dòng)方面具有優(yōu)勢(shì),后者是由于擠壓過(guò)程中母板上自然形成的漏斗狀結(jié)構(gòu)可引導(dǎo)材料流入凹模。為此,本文對(duì)漏斗狀結(jié)構(gòu)對(duì)材料流動(dòng)的引導(dǎo)作用與單板凸臺(tái)擠壓中的死區(qū)材料進(jìn)行了對(duì)比。基于上述研究成果,本文采用了輔料板增厚的工藝方案,通過(guò)疊合板擠壓實(shí)驗(yàn)獲得板料上超高組合凸臺(tái)特征,且通過(guò)設(shè)計(jì)抗壓脫、抗剪切破壞試驗(yàn),驗(yàn)證了組合凸臺(tái)具有一定程度的強(qiáng)度。在獲得超高凸臺(tái)的同時(shí),通過(guò)改變凸模壓下量,探索了凸臺(tái)高度的增長(zhǎng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:穩(wěn)態(tài)擠壓階段中凸臺(tái)的成長(zhǎng)最為穩(wěn)定、高效,因此,為獲得高度足量的凸臺(tái)特征,應(yīng)盡量延長(zhǎng)穩(wěn)態(tài)擠壓階段。結(jié)合疊合板擠壓的三階段分析方法以及凸臺(tái)高度的增長(zhǎng)規(guī)律,通過(guò)進(jìn)一步抽象推導(dǎo),本文提出了用于評(píng)價(jià)成長(zhǎng)指標(biāo)增長(zhǎng)規(guī)律的三象限法理論。通過(guò)添加虛無(wú)層面的建模方法,分析了疊合板擠壓過(guò)程的接觸邏輯圖,采用三象限法對(duì)凸臺(tái)高度的瞬態(tài)增長(zhǎng)量進(jìn)行了估測(cè),并將其結(jié)論拓展到單板擠壓等其它板料體積成形工藝。
【圖文】：

料體積成形的提出與分類料體積成形工藝是近年才在本學(xué)科國(guó)內(nèi)外主流學(xué)術(shù)期刊中經(jīng)常被但板料體積成形所包含的具體工藝并非近年才出現(xiàn)，而是已存在一段時(shí)間，特別是精沖復(fù)合成形工藝[10]。料體積成形這一概念，最早是在第 10 屆國(guó)際塑性加工大會(huì)（10therklein[11]和 Allwood[12]共同提出的[5]。erklein 等[5]指出，金屬塑性成形的各種工藝可以按照局部受力及變 5 類：壓縮成形、拉壓復(fù)合成形、拉伸成形、彎曲成形和剪切成形或拉壓復(fù)合成形的工藝用于厚度為 1mm~5mm 的金屬板料，可寸等于或超過(guò)板厚的三維立體特征，符合該條件的成形工藝就屬形。同時(shí)，還按板料體積成形工藝的性質(zhì)對(duì)其進(jìn)行了劃分，，如圖

按照成形過(guò)程可劃分為一次成形（模具多為直線運(yùn)動(dòng)）為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）兩類；按照材料變形范圍可劃分為整體成形（如板料鍛造）和）兩類。板料體積成形工藝中，研究最為廣泛且深入的是板料。造的研究現(xiàn)狀鍛造的內(nèi)涵通常有兩種理解。廣義的板料鍛造是一次形工藝的總稱，即把鍛造工藝應(yīng)用在板料上，一些諸如半沖孔等工藝可歸納在板料鍛造之中。狹義的板料鍛造進(jìn)行體積成形，生產(chǎn)本需棒料鍛造才能成形的零件的工概念明晰，本文中提及的板料鍛造是指狹義的板料鍛造
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG376

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本文編號(hào)：2519559