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振动塑性加工,在塑性成形同时对加工材料(或加工工具)施加一定方向、一定频率和振幅的振动,使材料变形力降低,在一定程度上提高材料变形能力,改善产品的加工质量和尺寸精度,为扩大材料塑性加工的范围开辟了新的途径。 6061铝合金是一种典型可热处理强化变形铝合金,本文重点对6061铝合金的振动冲裁问题进行了研究。将超声振动应用于6061铝合金的冲裁过程中,分析了超声振动对6061铝合金不同工艺参数下冲裁过程的影响;采用宏观结合微观的分析方法,结合已有冲裁变形理论和振动塑性成形理论,探讨了6061铝合金板材振动冲裁变形的机理。主要工作包括: 1)设计制造了振动条件下的材料性能测试装置、摩擦系数测试装置和冲裁试验装置,并对试验装置的关键部件进行了模态分析。 2)测试6061铝合金在振动条件下的力学性能,并结合体积效应理论,建立铝合金材料在超声振动下的本构模型。 3)基于超声振动条件下金属材料本构模型建立铝合金板材的冲裁试验仿真模拟,对成形过程及结果进行分析。 4)对6061铝合金板材进行超声振动条件下的冲裁试验,设置两种不同的冲裁间隙及不同的振幅,比较不同振幅及不同冲裁间隙下的冲裁曲线、冲裁断面等实验结果,分析振动对冲裁过程的影响规律,对冲裁实验试件进行微观分析,进而研究超声振动下体积效应对冲裁的影响,并将实验结果与模拟结果进行对比。 研究发现,在金属塑性变形过程中施加振动时,出现了软化现象,材料的本构模型发生改变,结合已有体积效应理论探讨,发现重要的影响因素为振幅。摩擦试验中发现,振动的加入使摩擦力减小,与已有表面效应理论相吻合。另外,振动对6061铝合金板材冲裁的影响很显著,最大冲裁力减小,断面质量明显改善,冲裁间隙对其影响并不大。