超声辅助液压拉深微小件的成形性研究

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超声辅助板材液压拉深技术是以板材液压拉深的作为基础,在拉深过程中施加超声振动的一项技术。板材液压拉深得到的板材最大成形极限得到了极大的提高且板材的壁厚分布也较为均匀,超声振动的加入使得超声辅助板材液压拉深的成形性能发生变化,板材的成形性可以有效地反映板材的拉深过程。由于超声辅助板材液压拉深的研究不多,在板材拉深的过程中,由于工艺参数选取的不合适,会使得板材出现起皱、破裂、达不到最大拉深高度、过度减薄、壁厚分布不均匀等缺陷,为了避免这些缺陷的产生,提高板材的成形性能,开展相关研究很有必要。本文通过了有限元模拟仿真和试验相结合的方法,研究了超声辅助液压拉深过程下板材成形性能的变化。通过超声振动的特点与板材液压拉深的原理,将二者联合在一起搭建了一个超声辅助板材液压拉深的成形平台,进行常规液压拉深和超声辅助液压拉深相对比的试验研究。与此同时,采用ABAQUS有限元仿真模拟与试验相对比,验证有限元模拟仿真的精度。通过对外径10 mm厚度为0.3 mm的T2铜板在不同的超声施加时长、超声施加时刻、超声振幅以及凸模拉深速度下进行了相关试验,并与普通液压拉深试验做对比,分析超声振动的施加对板材成形所需的拉深力、液压力波动的影响,还分析了超声振动对拉深后板材的最大拉深高度和壁厚分布的影响。试验结果表示:(1)超声振动的施加能够有效的提高板材液压拉深的成形极限,能够获得更高的最大拉深高度,得到的壁厚分布更为均匀。(2)直径10 mm厚度0.3mm的T2铜板在超声辅助板材液压拉深时的合理的工艺参数分别为:压边力300 N、液压力2 MPa、凸模拉深速度2 mm/min、超声振幅16μm、超声施加时间为全程施加。(3)随着超声振动的施加,板材拉深所需要的拉深力远小于常规液压拉深的拉深力;超声试验时的液压力波动幅度均大于非超声试验时的液压力波动幅度;随着振幅的增加,液压力波动幅度先增大后减小,在振幅18μm下波动幅度最大。(4)随着超声振幅的增加,同一规格板材的最大拉深高度hmax也随之增大;板材的平均壁厚呈现逐渐增加的趋势,板材的壁厚均匀系数呈现逐渐降低的趋势,壁厚越来越均匀。
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