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镁合金轮毂模态分析与铸-挤复合成形技术研究
| 论文题名： | 镁合金轮毂模态分析与铸-挤复合成形技术研究 |
| 关键词： | 镁合金轮毂;模态分析;铸-挤复合成形技术;数值仿真 |
| 摘要： | 轮毂作为车辆主要承力构件,同时也是高速转动构件,使用镁合金实现其轻量化,将取得较大的节能减排效果,具有十分重要实用价值。目前,镁合金轮毂设计处于半经验和半理论状态,缺乏可靠的设计准则。以铸造工艺为主的镁合金轮毂,轮辐力学性能低,性能均一性和稳定性差;而镁合金锻造工艺能够提高其力学性能高,满足轮毂使用要求,但是镁合金变形能力差,成形困难;锻造成形轮毂工序多,成形效率低,制造成本高。急需开发一种镁合金轮毂结构科学的设计方法和成形技术。因此,本文针对镁合金轮毂现状,开展镁合金轮毂模态分析与铸-挤复合成形技术研究,通过性能测试分析和成形验证,研究开发一种镁合金轮毂结构设计方法和新的成形理论和技术。 首先,通过镁合金轮毂模态与受力特征仿真分析,提出一种采用模态分析和等效静力韧度相等相结合的设计准则,进行了轮毂结构优化设计。以约化强度、等效静力韧度为选材依据,进行了材料选用研究,并确定AZ91D镁合金为轮毂制造材料。 其次,通过热/力模拟实验,基于动态材料模型建立了AZ91D镁合金的二维加工图,确定了较为合理的变形温度和应变速率。研究了镁合金压缩动态再结晶过程,建立了AZ91D镁合金发生动态再结晶临界应力模型,并通过平面应变压缩试验,研究了 AZ91D镁合金成形组织和力学性能响应,为镁合金构件组织和性能控制成形提供参考。 第三,借助于数值仿真技术,研究了 AZ91D镁合金低压铸造成形过程缺陷形成规律,在此基础上,优化了低压铸造模型和工艺参数,为镁合金低压铸造成形的工艺参数制定和模具设计提供参考。以形变均匀性因子为评价指标,着重研究了变形温度、变形程度和变形速度参数和坯料结构参数对变形均匀性影响,建立了形变均匀性因子和变形“三度”工艺参数、结构参数之间的关系模型,为镁合金构件成形坯料结构设计和均匀变形控制提供理论依据。 本文首次提出镁合金轮毂铸件,采用局部变形改性的铸-挤复合成形方法,性能达到使用要求,提高了生产效率和材料利用率,降低了生产成本。建立了形变均匀性因子、变形“三度”工艺参数和结构参数之间的关系模型,实现了镁合金构件均匀变形控制成形,保证了成形构件性能的均一性和稳定性。 最后,设计制造各工序的成形工装,进行了AZ91D镁合金轮毂铸-挤压复合成形验证试验。成功试制出性能满足使用要求的镁合金轮毂,实验证明以模态分析为基础,采用等效静力韧度相等的设计准则,较传统的半经验半理论设计方法更加科学合理。为镁合金轮毂铸—挤复合成形技术的工程化应用奠定基础。 |
| 作者： | 郑顺奇 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 张治民 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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