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基于有限元和实验设计的铝板温成形参数分析
| 论文题名： | 基于有限元和实验设计的铝板温成形参数分析 |
| 关键词： | 温成形;深冲;实验设计;有限元分析;汽车轻型化 |
| 摘要： | 随着能源和环境问题的日益尖锐，全球各大汽车制造商都努力加快对汽车轻型化的研究与开发以满足顾客的要求，扩大市场占有率。汽车轻型化中一个很重要的内容就是汽车覆盖件的轻型化。由于铝合金的重量比钢板轻且强度好，满足轻型化的要求。但是铝合金的可塑性非常差，在常温下难以进行汽车覆盖件的成形，温成形工艺能在保持原微观结构不变的条件下提高铝合金板材的可塑性。在温成形过程中，随着温度的升高，铝分子中各个滑移面间的原子结合力降低，因而板料的延展性增强，变形抗力降低，同时，在较高的温度下，产生应力松弛，降低了回弹，因而提高工件的成形精度。 然而，由于对温成形内部机理在理解和分析上的欠缺，各厂商在温成形工艺参数的制定上都缺乏充分的科学依据，通常是凭借反复实验的方法来找到适当的工艺参数，如温度、冲压速度、润滑条件和保持时间等。这往往需要大量的时间和费用。 近年来，由于计算机性能的提升，有限元模拟的精度和速度都有了显著的提高。冲压成形的有限元模拟精度和现实实验已相当接近。因而，用计算机模拟取代大部分的实际实验能有效的降低工艺参数设计初期的资源耗费。在另一方面，大量的模拟又将占用过多的计算机资源。一个有效降低计算时间的方法是通过合理的实验设计来减少模拟数量。同时由于非等温有限元模拟需要大量的计算，本文应用了一种混合使用等温和非等温模拟的实验设计方法来提高温成形工艺参数设定的效率。 本文就温度分布、成形速度、保持时间和摩擦对Al-5083铝镁合金板材的温成形性能的影响做了一系列的观察和分析。混合有限元（等温/非等温）及实验设计方法被用来预测深冲和阶梯盒两模型的最优温成形温度分布。在所观察的参数范围里（温度：25-250 oC; 速度: 2.5-5 mm/s; 保持时间: 1-3 sec; 摩擦系数: 0.06-0.2），我们发现：Al-5083合金的可成形性在很大程度上取决于凹模和凸模的温度。为了增加工件的可成形性，凹模和凸模的圆角及扁平面两个部分应该被保持在不同的温度水平、成形速度越低越好、保持时间不宜太长、且凹模与板材之间的摩擦系数要小而凸模与板材间的摩擦系数要大。 |
| 作者： | 陈鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 陈关龙;倪军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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