论文部分内容阅读
本文的主要研究对象为2A12铝合金薄壁锥形零件,该零件为中心对称结构,总体尺寸较大,但壁较薄,上端等径圆环与锥形壁厚度不一致成形时易出现缺陷,前端为一空心小圆台结构较难完全成形,且零件对强度也有一定要求。本文决定采用热挤压成形的方式生产该零件,并对该工艺进行研究和优化,最后通过实际的试验验证所设计工艺是否合理。通过对零件的形状结构进行分析,设计了成形件的形状尺寸,并据此确定了原始的坯料及模具形状,确定一次挤压成形的方案。根据材料的性能特点及以往的经验,确定了挤压速度、挤压温度、摩擦系数等工艺参数的范围。建立模型并通过DEFORM-3D数值模拟软件对挤压过程进行模拟,研究比较不同形状尺寸坯料、挤压温度、挤压速度、摩擦系数的成形结果,分析整个过程金属的流动规律、应力应变分布、载荷变化情况等,并根据分析结果确定最合理的参数。结果表明：管状坯料所需载荷明显小于柱状坯料,相同尺寸下小了大约500kN,且成形件应变分布更均匀；当厚度相同时,管状坯料半径越小,所需载荷越小,但成形件的性能越差；随着温度升高,成形件性能分布愈加均匀,所需载荷也越小,480℃时所需载荷比400℃时小了1250kN;随着下压速度增大,金属流动愈加不均匀,所需载荷也随之增大,25mm/s时所需载荷比6mm/s时大了670kN；摩擦系数小于一定值时,零件无法成形,在能成形的前提下,摩擦系数增大会使所需的载荷急剧增大,0.3时所需载荷比0.15时大了1600kN,且应变分布也变得更加不均匀。通过数值模拟对优化前后的模具进行了应力分析。结果显示,将上模前端改为锥状后,不仅使整体的等效应力最大值减小100Mpa,而且使上模前端压头部分应力值大幅度减小,应力分布更加均匀,保护了上模这部分易受损失效的区域,延长了模具使用寿命。下模的应力值较大,但在可承受的范围内。最后根据模拟确定的工艺方案,进行实际的试验试制,所得成形件经过后续的精加工后,表面平整,形状尺寸符合要求,对其进行力学性能的测试,显示性能良好,强度符合使用要求,验证了模拟过程的正确性及所设计模具结构的合理性。