三通件多向加载整体成形工艺研究

论文摘要

结合国内外三通件、温挤压及镁合金变形规律和成形工艺的研究成果,针对目前汽车、摩托车上的发动机三通件及自行车车架的三叉接头存在的问题,论证了镁合金AZ31三通件,可以大大减轻车体的重量,采用等温挤压成形,降低了金属的变形抗力,减轻了模具损耗,减少了成形工序,提高了金属的可成形性,这可为镁合金热成形技术的开发研究提供借鉴,具有的普遍意义。本文以有限元仿真制造软件MSC—SuperForm2005为平台,进行了三维有限元数值模拟。分析了三通件等温挤压多向加载整体成形方式—多向同步加载、多向分步加载、多向顺序加载,分别对其加载时间—速度图、金属流动速度矢量图、等效应变图及载荷—行程曲线进行了数值模拟,通过比较,得出多向分步加载,为较合理、省力的工艺方案。针对多向分步加载,着重讨论了不同的变形温度、变形速度和摩擦条件对变形过程等效应变、等效应力以及挤压力—行程曲线的影响,得出在温度350℃、摩擦因子0.01、挤压速度100mm/s的条件下成形性较好,达到制造高精度三通件的目的。根据以上的模拟结果,结合本零件的结构特点,在分析了三通件工艺难点的基础之上,制定了较好的工艺方案。根据此方案选择了合理的毛坯形状、加热温度、润滑剂及挤压力,对此进行了模具设计,并选定了成形设备,达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外相关研究概况
• 1.2.1 镁合金的研究现状
• 1.2.2 三通件发展概况
• 1.2.3 温挤压工艺发展现状
• 1.3 镁合金在三通件中的应用
• 1.4 三通件温挤压成形的可行性
• 1.5 多向加载整体成形工艺
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第二章 有限元基本理论及数值模拟的前期工作
• 2.1 有限元法基本理论
• 2.1.1 有限元法发展简介
• 2.1.2 金属体积成形的有限元模拟特点
• 2.1.3 刚塑性材料的基本方程
• 2.1.4 体积成形有限元软件MSC/superform2005 的简介
• 2.2 镁合金三通件成形工艺分析
• 2.2.1 三通件材料的选用
• 2.2.2 分析方法的选择
• 2.2.3 几何模型的建立
• 2.2.4 摩擦条件
• 2.2.5 接触定义
• 2.2.6 非线性迭代的收敛判据
• 2.2.7 网格的划分及重划分
• 2.2.8 后处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 三通件多向加载成形的数值模拟
• 3.1 多向加载数值模拟的选项
• 3.1.1 影响金属流动的因素
• 3.1.2 影响变形抗力的因素
• 3.2 有限元数值模型方案的确定
• 3.3 有限元数值模拟结果与分析
• 3.3.1 方案A：三通件多向同步加载成形的模拟结果与分析
• 3.3.2 方案B：三通件多向分步加载成形的模拟结果与分析
• 3.3.3 方案C：三通件多向顺序加载成形的模拟结果与分析
• 3.3.4 三种方案的比较
• 3.4 三通件多向分步加载不同工艺参数下的模拟结果与分析
• 3.4.1 不同摩擦系数对挤压过程的影响
• 3.4.2 不同温度对挤压过程的影响
• 3.4.3 不同挤压速度对挤压过程的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 三通件成形工艺分析及模具设计
• 4.1 工艺难点
• 4.2 工艺方案的确定
• 4.3 挤压坯料的制取
• 4.4 挤压前坯料的加热
• 4.4.1 加热温度
• 4.4.2 加热设备及方法
• 4.5 模具预热及润滑剂的选择
• 4.5.1 模具预热
• 4.5.2 润滑剂的选用
• 4.6 挤压相关参数的计算
• 4.6.1 变形量的计算与选择
• 4.6.2 挤压比的计算与选择
• 4.6.3 金属流动速度的计算与选择
• 4.6.4 挤压力的计算
• 4.7 模具材料选择
• 4.8 模具设计
• 4.8.1 挤压模具设计的基本要求
• 4.8.2 模具结构
• 4.9 设备的选用
• 4.9.1 设备的工作原理
• 4.9.2 设备主要参数比较
• 4.10 本章小结
• 全文结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢