鋁合金振動拉伸和壓縮過程的實驗與模擬研究.pdf

1、振動塑性成形技術(shù)可以有效降低成形力，減小模具與工件的摩擦，提高金屬材料的成形性能和工件表面質(zhì)量，是一種頗具特色和發(fā)展?jié)摿Φ牟牧铣尚渭夹g(shù)。近年來，金屬振動塑性成形理論與技術(shù)的研究成為國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的熱點領(lǐng)域之一，研究振動系統(tǒng)的設(shè)計、振動對材料塑性行為的影響等，對于促進超聲振動塑性成形技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用，具有重要的理論和工程價值。
　　本文首先采用傳統(tǒng)解析法與有限元優(yōu)化法相結(jié)合的方法設(shè)計完成了用于振動拉伸和振動壓縮實驗的實驗裝置

2、，藉此開展了6061鋁合金振動拉伸和2A12鋁合金振動壓縮實驗，研究了振動參量、加載方式、加載時間等對材料應(yīng)力、應(yīng)變、成形極限等性能指標的影響規(guī)律，并基于體積效應(yīng)機理和表面效應(yīng)機理對其加以闡釋;以ABAQUS為有限元分析平臺，對鋁6061振動拉伸過程和2A12振動壓縮過程進行模擬分析研究。
　　根據(jù)振動理論基礎(chǔ)設(shè)計計算振動成形裝置關(guān)鍵零部件的基本尺寸，借助ANSYSWorkbench對換能器、變幅桿、工具頭進行了靜力分析、模態(tài)分析

3、與諧響應(yīng)分析。在換能器設(shè)計中，基于模態(tài)分析結(jié)果采用單因素法對預(yù)應(yīng)力螺栓的尺寸及施加的預(yù)緊力進行了模擬優(yōu)化，確定直徑為M20，長度為125mm，預(yù)緊力為40kN;變幅桿設(shè)計中，綜合考慮了變幅桿實際頻率與設(shè)計頻率的偏差、實際節(jié)面位置與設(shè)計節(jié)面位置的偏差，以頻率偏差和節(jié)面位置偏差的平方和為目標函數(shù)，以變幅桿夾持部位厚度與連接孔尺寸為設(shè)計變量，優(yōu)化設(shè)計了變幅桿夾持部位厚度與連接孔尺寸。研制成功了一套工作頻率為15kHz，輸出振幅約為5μm的振動

4、塑性成形裝置。
　　進行了6061鋁合金振動拉伸實驗，根據(jù)實驗所得真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上振動段的變化特征，定義了軟化幅度、開始硬化峰、終止硬化峰、回復(fù)應(yīng)變、回復(fù)速率等指標，借助上述量化指標定量描述了振幅、加載方式對軟化效應(yīng)、硬化效應(yīng)的影響規(guī)律。振動拉伸過程中同時存在材料的軟化與硬化作用，軟化作用使應(yīng)力降低，硬化作用使材料拉伸極限降低，振動在6061塑性變形中作用表現(xiàn)為外源性的疊加性質(zhì)的驅(qū)動作用?；贏BAQUS軟件建立了振動拉伸過程

5、的有限元模型，驗證了振幅、頻率對拉伸過程中應(yīng)力、應(yīng)變的影響規(guī)律，但由于試驗機數(shù)據(jù)采集間隔與模擬中計算間隔數(shù)量級不同，導(dǎo)致具體數(shù)值大小有差異。
　　開展了2A12干摩擦靜態(tài)壓縮實驗、潤滑靜態(tài)壓縮實驗、干摩擦振動壓縮實驗與潤滑振動壓縮實驗，揭示了摩擦條件、高徑比、加載時間等對振動壓縮過程的影響規(guī)律。在靜態(tài)壓縮中，高徑比越大，摩擦對材料流動的限制作用越小，干摩擦?xí)r材料平均應(yīng)力與潤滑時平均應(yīng)力越接近;振動壓縮實驗中，干摩擦振動壓縮的應(yīng)力比