大厚差板材零件的冷冲锻成形工艺及其机理研究

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1、华中科技大学硕士学位论文大厚差板材零件的冷冲锻成形工艺及其机理研究姓名：欧阳坤申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：王新云20090527华中科技大学硕士学位论文摘要目前许多大表面积且壁厚差较大的零件，一般采用焊接组合或整体铸造的方式制造。由于结构轻量化的要求，考虑以冲锻复合成形工艺整体塑性成形此类零件。本文研究的双筒形件，内圆筒壁厚4mm，而其它部位厚2mm。针对该特点，制定出先以正向拉深成形外圆筒，再以强力增厚反向拉深成形内圆筒并储备金属，最后镦锻增厚内圆筒的冲锻复合成形工艺方案。首先采用有限元模拟软件eta/DYNAFORM使用壳单元研究冲压工序中材

2、料的流动规律，分析了正向拉深工序中压边力的影响，强力增厚反向拉深工序中压环和压边圈的形状、压环运动速度、压边力、凸模与凸凹模之间的间隙对工件内筒壁增厚效果的影响。然后采用通用有限元软件MSC.Marc/Mentat使用体单元研究镦锻工序中材料的流动规律，分析了压边圈形状尺寸、镦粗比分配对镦锻成形的影响。研究结果表明：强力增厚反向拉深工序中，弧形结构的压环、压边圈能有效促进材料由外筒壁流向内筒壁，内筒壁的最小和最大厚度随压环速度增加而增加，且存在一个极值；变压边力对内筒壁增厚效果优于恒定压边力；镦锻工序中，压边圈靠近内筒端添加圆角能有效引导材料流动，避免折叠；工件内

3、筒两步镦粗即可成形。根据数值模拟获得的成形规律，进行工艺试验，验证了强力增厚拉深工序的内筒增厚效果。冲压储料与锻造增厚的研究，改变了板材件通常是壁厚基本均匀或减薄的特点，为汽车及航空航天等领域大厚差复杂零件的整体塑性成形，奠定了理论与实验基础。关键词：冲锻复合成形；增厚拉深；大厚差零件；数值模拟I华中科技大学硕士学位论文AbstractManystructuralpartswithlargesurfaceareaandlarge-thickness-differencearemanufacturedbycastingorweldingmethod.Consider

4、ingtherequirementoflightweightstructures,theoverallplasticformationtechnology,stamping-forginghybridformingtechnologyisemployedtoformthiskindofparts.Theinsidewallthicknessofthedouble-cylinder-shapedworkpiecestudiedinthepaperis4mmwhileotherregiononly2mm.Sothestamping-forginghybridformi

5、ngtechnologywasmadethatfirstlyforwarddrawingtheoutsidecylinder,thenpowerfulbackwardthickening-drawingtheinsidecylindertostoreenoughmetal,andlastupsettingtheinsidecylinder.Assumingtheshellelement,theFEMsoftwareeta/DYNAFORMwasfirstlyutilizedtoresearchthematerialflowofthestampingprocessa

6、ndtoanalyzetheimpactofthebinderforceintheforwarddrawing,theshapeofpressureringandbinder,thevelocityofthepressurering,thebinderforceandthegapbetweenpunchandpunch-dietothethickeningresultoftheinsidecylinderinthebackwarddrawing.Thenassumingthehexahedronelement,thegeneralFEMsoftwareMSC.Ma

7、rc/Mentatwasutilizedtoresearchthematerialflowofforgingprocessandtoanalyzetheimpactofthebindershapeandtheupsetratiodistributiontotheupsettingresult.It’sshownthatinthepowerfulbackwardthickening-drawingprocessthepressureringandbinderwithafilletcanforcetheoutercylindermetaltoflowtotheinte

8、rior.