板料凸起成形的冲锻复合塑性成形工艺及其机理研究

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1、学校代码10530学号200910081436分类号TG37密级硕士学位论文板料凸起成形的冲锻复合塑性成形工艺及其机理研究学位申请人董文正指导教师林启权教授学院名称机械工程学院学科专业材料加工工程研究方向塑性成形理论及数值模拟二零一二年四月二十日IMechanismsofBossFormingProcessforSheetMetalBasedonPress-forgingTechnologyCandidateDongWenzhengSupervisorProfessorLinQiquanCollegeSchoolofMechanicalEnginee

2、ringProgramMaterialProcessingEngineeringSpecializationTheoryofPlasticFormingandNumericalSimulationDegreeMASTERUniversityXiangtanUniversityDateApril20,2012湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方

3、式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日III摘要冲锻复合塑性成形技术具有材料利用率高、生产效率高、零件尺寸精度高和综合力学性能好等特点，已广泛应用于中小型制件的批量化

4、生产中，并成为当前塑性成形领域研究的热点和重点。凸起成形，作为箱体、腔体及壳体产品的小型化、轻量化的结构设计，广泛应用于汽车、电子等行业中。本文以底部带凸起结构的筒形件为研究对象，基于冲锻复合塑性成形技术，采用理论力学分析、有限元数值模拟和工艺试验相结合的方法，对凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合成形工艺及变形机理进行了系统研究。首先介绍了凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合塑性工艺过程及成形原理；基于Tresca屈服准则，分析了凸起成形的传统反挤压法与本文提出来的拉深-镦挤冲锻复合成形法的异同，指出冲锻复合工艺成形凸起结构时成形载荷低。利用主应力法，分析了凸起成

5、形的拉深-镦挤冲锻复合工艺的三个主要变形区域的力学特征，重点研究了筒形件凸起底部材料的流动规律，发现了成形过程中凸起底部变形区存在一个分流界面，并基于塑性增量理论，指出凸起成形过程中底部材料分流特征的本质机理是分流面上任意质点的应变罗德参数为零。同时，推导了分流面半径的理论公式，提出了一个表征板料凸起成形能力的无量纲参数——凸起度。利用DEFORM-3D有限元软件对凸起成形的反挤压工艺及拉深-镦挤冲锻复合工艺过程进行了数值模拟分析，重点比较了两种加工方法的加工载荷、分流面位置及凸起度的异同。模拟结果表明：当成形同一凸起高度3mm时，反挤压加工载荷为冲

6、锻复合成形的三倍左右；反挤压工艺随着板料的变薄分流面位置出现外移，而冲锻复合工艺为内移规律；冲锻复合工艺的凸起度值在整个凸起成形过程中近似保持不变的规律，而反挤压工艺随着板料的变薄而增大。同时，研究了拉深-镦挤冲锻复合成形中底部缩孔缺陷的形成过程及其缩孔机制图。最后，设计了相应的成形模具，对拉深-镦挤冲锻复合成形工艺进行了试验研究。结果表明实验加工载荷值与模拟值大致吻合，且稍高于最小成形力理论计算值，验证了有限元数值模拟与理论计算结果的有效性与可行性。关键词：冲锻复合成形；凸起结构；分流面；有限元数值模拟；主应力法AbstractPressforgi

7、ngtechnology,anewimportantresearchissueinplasticformingindustry,hasbeenwidelyusedinmanufacturingmetalpartsduetoitsadvantagessuchassavingenergyandmaterial,highproductivity,smoothsurfacefinishandimprovementinmechanicalproperties.Asalightweightstructuredesignintheformingofmetallic

8、cavity,boxandshell,bossformingiswidelyusedinautomobile