薄壁錐形零件熱擠壓模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、本文的主要研究對(duì)象為2A12鋁合金薄壁錐形零件，該零件為中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，總體尺寸較大，但壁較薄，上端等徑圓環(huán)與錐形壁厚度不一致成形時(shí)易出現(xiàn)缺陷，前端為一空心小圓臺(tái)結(jié)構(gòu)較難完全成形，且零件對(duì)強(qiáng)度也有一定要求。本文決定采用熱擠壓成形的方式生產(chǎn)該零件，并對(duì)該工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，最后通過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)工藝是否合理。
　　通過(guò)對(duì)零件的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了成形件的形狀尺寸，并據(jù)此確定了原始的坯料及模具形狀，確定一次擠壓成形的方案。根據(jù)

2、材料的性能特點(diǎn)及以往的經(jīng)驗(yàn)，確定了擠壓速度、擠壓溫度、摩擦系數(shù)等工藝參數(shù)的范圍。
　　建立模型并通過(guò)DEFORM-3D數(shù)值模擬軟件對(duì)擠壓過(guò)程進(jìn)行模擬，研究比較不同形狀尺寸坯料、擠壓溫度、擠壓速度、摩擦系數(shù)的成形結(jié)果，分析整個(gè)過(guò)程金屬的流動(dòng)規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變分布、載荷變化情況等，并根據(jù)分析結(jié)果確定最合理的參數(shù)。
　　結(jié)果表明:管狀坯料所需載荷明顯小于柱狀坯料，相同尺寸下小了大約500kN，且成形件應(yīng)變分布更均勻;當(dāng)厚度相同時(shí)，管狀

3、坯料半徑越小，所需載荷越小，但成形件的性能越差;隨著溫度升高，成形件性能分布愈加均勻，所需載荷也越小，480℃時(shí)所需載荷比400℃時(shí)小了1250kN;隨著下壓速度增大，金屬流動(dòng)愈加不均勻，所需載荷也隨之增大，25mm/s時(shí)所需載荷比6mm/s時(shí)大了670kN;摩擦系數(shù)小于一定值時(shí)，零件無(wú)法成形，在能成形的前提下，摩擦系數(shù)增大會(huì)使所需的載荷急劇增大，0.3時(shí)所需載荷比0.15時(shí)大了1600kN，且應(yīng)變分布也變得更加不均勻。
　　通過(guò)

4、數(shù)值模擬對(duì)優(yōu)化前后的模具進(jìn)行了應(yīng)力分析。結(jié)果顯示，將上模前端改為錐狀后，不僅使整體的等效應(yīng)力最大值減小100Mpa，而且使上模前端壓頭部分應(yīng)力值大幅度減小，應(yīng)力分布更加均勻，保護(hù)了上模這部分易受損失效的區(qū)域，延長(zhǎng)了模具使用壽命。下模的應(yīng)力值較大，但在可承受的范圍內(nèi)。最后根據(jù)模擬確定的工藝方案，進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)試制，所得成形件經(jīng)過(guò)后續(xù)的精加工后，表面平整，形狀尺寸符合要求，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試，顯示性能良好，強(qiáng)度符合使用要求，驗(yàn)證了模擬過(guò)