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本论文以提高拉深件成形质量为目标,选取金属畚斗制件为研究对象,采用声发射技术对拉深成形中裂纹进行识别,展开了聚四氟乙烯和石墨固体润滑涂层与液体石蜡复合润滑下的拉深成形状态研究。通过对固-液润滑基本原理分析,结合数值模拟并经过实验,得出固-液复合润滑时能取得最佳润滑效果,克服了早期裂纹的产生,从而达到理想的成形质量。其主要内容和结果表现在以下几个方面:
首先,基于板料塑性成形过程中的滑动摩擦理论,详细探讨了拉深成形时的应力分布情况,并对拉深成形中的摩擦特点展开了分析,建立了模具表面不同区域中的摩擦模型。同时还分析了固体润滑和液体润滑的主要类型及优缺点,为固-液润滑材料的选择提供了理论基础。
其次,由于拉深成形过程裂纹产生时声发射信号的非线性、非平稳特点,确定了采用局域波法提取拉深件裂纹声发射信号的方案,借助MATLAB软件将原始声发射信号进行局域波分解,得到自适应的本征模函数分量,再提取各IMF的能量值组成声发射特征参数。
再次,为了研究摩擦系数对畚斗拉深成形裂纹状态的影响,基于DYNAFORM有限元分析软件建立了三维有限元模型,对曲面制件畚斗的拉深过程进行数值模拟,研究了摩擦系数对畚斗拉深成形裂纹状态的影响。同时在对聚四氟乙烯、石墨、锡青铜材料性质和制备工艺分析的基础上,选用高压喷涂的方式喷涂在待拉深板料的表面,制得含有固体润滑涂层的板料。
最后,为了考察固-液复合润滑对拉深成形时裂纹状态的影响,对畚斗拉深件进行了实验研究。同时采集不同润滑组下板料拉深过程中的声发射信号,对采集到的信号进行局域波分解生成特征值,并计算出无裂纹及明显裂纹两种状态下的马氏距离作为标准值,通过对其他组的马氏距离与标准值进行比较,判断出制件处于的状态,实现拉深件裂纹状态的识别。
研究结果表明:摩擦系数对拉深过程的裂纹产生影响较大,畚斗在固-液复合润滑下成形质量比单一的固体润滑或液体润滑下的成形质量要好,尤其当聚四氟乙烯与石墨含量之比为2.5:1时,能够起到最佳的润滑效果,从而克服了早期裂纹的产生。