铝合金渐进成形极限预测及其改善方法探究

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渐进成形工艺在加工时无需模具,因此在个性化产品的生产以及样品试制等方面有着明显的优势。在板材渐进成形工艺的加工过程中,随着所加工零部件面积的增加,其厚度逐渐变薄并最终断裂,这是制约其成形极限的主要因素。在本研究中,在Lemaitre韧性断裂准则预测常规塑性成形过程中的破裂情况的基础上,将其引入渐进成形技术,预测渐进成形过程中的成形极限。此外,通过试验的手段对金属板材渐进成形极限的提升工艺进行了探究,并将热喷涂工艺和渐进成形工艺相结合,首次提出了热喷涂-渐进成形复合工艺。基于此,本文主要研究内容及成果如下:(1)构建了基于Lemaitre破裂准则的渐进成形极限预测模型。通过单向拉伸试验和循环加载试验,测定了 AA-2024-T3铝合金板材的基本力学性能,用以构建基于Lemaitre韧性断裂准则的渐进成形极限预测有限元模型。以材料的损伤变量D作为判断变形过程中材料是否发生破裂的依据,并分别将该模型对单向拉伸试验和渐进成形试验的预测结果与试验结果相对比,验证了其对于板材破裂预测的有效性。(2)探究了主要工艺参数以及辅助加热对铝合金渐进成形极限的作用效果。通过响应曲面试验探究了工具头尺寸、步距和主轴转速对板材最大成形深度的作用效果。结果表明,板材成形极限随工具头直径的增加而增加,随步距的增加而减小,适当的主轴转速有利于提高成形极限;辅助加热有助于铝合金板材最大成形深度的提高。(3)提出了热喷涂-渐进成形复合工艺。试验表明,经过热喷涂后板材的强度明显降低。在渐进成形工艺中,经过热喷涂处理后板材的轴向力明显降低,成形极限也有明显提高。另外,探究了热喷涂不同工艺步骤(喷砂、加热)对板材成形性能(成形力和成形极限)的影响,试验发现热喷涂工艺中的加热影响对板材成形性能的改善效果最为明显,而喷砂过程会降低板材的成形性能。最后,为优化热喷涂区域,进行了不同区域不同参数的热喷涂处理,并对其成形性能进行了探究。
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