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支撑 冲压 模具设计 制造 工艺 研究 托架 冲孔 复合 弯曲 NX 三维 20 CAD

资源描述：

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内容简介：

2024铝合金板料锻压成型中残余应力的数值模拟Da Li,Lei Deng,Xinyun Wang*,Junsong Jin and Juchen Xia湖北武汉华中科技大学材料处理和模具技术国家重点实验室*wangxy_关键字：残余应力，锻压成形，2024铝合金，板料，数值模拟。摘要：薄板材的不合适残余应力对其尺寸和性能有着不良的影响。冲压和锻造结合的方法能减少薄板材的残余应力。通过有限元分析软件Abaqus对弯曲和锻造后的2024V形铝合金内的残余应力进行了分析。结果显示，锻压工艺能有效的减少V形件圆角处的残余应力，同时减低回弹值和提高薄板材的尺寸精度。引言 由于2024铝合金有着优良的力学性能和可加工性，因此被广泛用作制造航空航天飞行器的材料1。为了获得高强度和韧性，材料必须接受热处理和时效处理，或者塑性成形，经过这些处理后材料内或多或少有残余应力。因为残余应力在屈服强度、蠕变、疲劳破坏、应力腐蚀开裂和零件在使用中常发生的其他失效现象中占很大比例而且严重影响零件尺寸和航天结构件的寿命2。因此，为了获得良好的性能和轻型航空零件，迫切需要开发一种低残余应力的薄板料成形方法。 一些学者已经研究了塑料成型和板料成形的工艺参数，提出了减小残余应力分布的方法。R.Greze3研究了从室温到200时温度对拉伸回弹的影响，发现增加温度有利于减少残余应力分布。M.S.Ragab4研究了变薄拉深对冲压外圈的弯曲残余应力分布的影响，发现小的变薄拉深力能有效的减小残余应力。A.Gisario5通过使用高能量激光扫描预弯曲的铝合金板材来防止回弹，优化了在板材上残余应力的分布。M.Koc6研究了减低7050淬火的铝合金刚中残余应力的两种不同的冷加工方法（压缩和拉伸），发现这两种方法都能减少超过90%的残余应力。 近年来，新的板料成形技术冷锻压成形技术得到了迅速的发展。这个技术在20世纪90年代首次被日本的学者Nakano.Takashi提出7。锻压成形过程包含了冲压和锻造的特点。它可用作复杂零件的局部增厚，因为它在鐓粗、挤压和其他三维体积成形过程中融入了冲裁、弯曲、拉伸、翻边和其他常见的板料成形工艺8,9。本文中，基于锻压成形变形的特征，提出一种包含冲压和锻造的成形方法来调整残余应力场。通过数值分析弯曲和锻压后的V形2024铝合金内的残余应力的分布。同时也讨论了弯曲角和相对弯曲半径对板料残余应力分布的影响。弹塑性弯曲的应力分析 在弯曲过程中，板料的弯曲半径减少使凸模的深度下降，同时增加了变形程度。板料的内部和外部边角首先达到屈服条件开始发生塑性变形。如果凸模继续下降，板料的纤维逐渐从外到内发生破坏。在弯曲变形的圆角区，内外表层为塑性变形区域，中间为弹性变形区域。也就是说弹塑性变形发生在板料的表层。对于理想弹塑性材料，弯矩Mcp方程（1）10: (1)板料的宽为b，高为h，为弹性变形区的厚度，为屈服应力。 卸载过程相当于在板料加一个反向的弹塑性弯矩-Mcp，残余应力是弯曲应力和弹性卸载应力的叠加，如图1所示。图1.弹塑性变形后弯曲圆角的残余应力：（a)弯曲应力；（b）弹性卸载力；（c）残余应力”从方程（2）可以得到残余应力10： （2） s是屈服强度，Z是中性层与计算位置之间的距离。 如图1所示，卸载后的板料上残余应力的分布更为复杂。在弯曲过程中，弯曲应力只是简单的拉力和压力，然而在卸载后保证板料平衡状态残余应力呈现变化的拉力和压力分布。圆角内侧任保持残余拉应力，圆角外侧任保持残余压应力。这种状态是由于在弯曲过程中，内外层不同程度的变形导致的。 本文提出的锻压成形方法可通过改变弯曲圆角的变形形式从而调整残余应力的分布。其原理如图2所示。图2.锻压成形的原理 图2中，r为弯曲圆角的内半径；t为板料的厚度；a为弯曲角；s为凸模与板料之间的距离。相对弯曲半径可由公式r/t计算得出。鐓粗的深度可由s与t的比值计算出来。首先，凸模下压知道模具与凸模距离为t。在这个过程中，产生板料的弯曲变形。接着当凸模上升到距