鋁合金振動(dòng)拉伸和壓縮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、振動(dòng)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(lái)，金屬振動(dòng)塑性成形理論與技術(shù)的研究成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，研究振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、振動(dòng)對(duì)材料塑性行為的影響等，對(duì)于促進(jìn)超聲振動(dòng)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(jià)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(jì)完成了用于振動(dòng)拉伸和振動(dòng)壓縮實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置

2、，藉此開(kāi)展了6061鋁合金振動(dòng)拉伸和2A12鋁合金振動(dòng)壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了振動(dòng)參量、加載方式、加載時(shí)間等對(duì)材料應(yīng)力、應(yīng)變、成形極限等性能指標(biāo)的影響規(guī)律，并基于體積效應(yīng)機(jī)理和表面效應(yīng)機(jī)理對(duì)其加以闡釋;以ABAQUS為有限元分析平臺(tái)，對(duì)鋁6061振動(dòng)拉伸過(guò)程和2A12振動(dòng)壓縮過(guò)程進(jìn)行模擬分析研究。
　　根據(jù)振動(dòng)理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算振動(dòng)成形裝置關(guān)鍵零部件的基本尺寸，借助ANSYSWorkbench對(duì)換能器、變幅桿、工具頭進(jìn)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(jì)中，基于模態(tài)分析結(jié)果采用單因素法對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓的尺寸及施加的預(yù)緊力進(jìn)行了模擬優(yōu)化，確定直徑為M20，長(zhǎng)度為125mm，預(yù)緊力為40kN;變幅桿設(shè)計(jì)中，綜合考慮了變幅桿實(shí)際頻率與設(shè)計(jì)頻率的偏差、實(shí)際節(jié)面位置與設(shè)計(jì)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(biāo)函數(shù)，以變幅桿夾持部位厚度與連接孔尺寸為設(shè)計(jì)變量，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)

4、塑性成形裝置。
　　進(jìn)行了6061鋁合金振動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上振動(dòng)段的變化特征，定義了軟化幅度、開(kāi)始硬化峰、終止硬化峰、回復(fù)應(yīng)變、回復(fù)速率等指標(biāo)，借助上述量化指標(biāo)定量描述了振幅、加載方式對(duì)軟化效應(yīng)、硬化效應(yīng)的影響規(guī)律。振動(dòng)拉伸過(guò)程中同時(shí)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(dòng)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(dòng)作用。基于ABAQUS軟件建立了振動(dòng)拉伸過(guò)程

5、的有限元模型，驗(yàn)證了振幅、頻率對(duì)拉伸過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變的影響規(guī)律，但由于試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集間隔與模擬中計(jì)算間隔數(shù)量級(jí)不同，導(dǎo)致具體數(shù)值大小有差異。
　　開(kāi)展了2A12干摩擦靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)、潤(rùn)滑靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)、干摩擦振動(dòng)壓縮實(shí)驗(yàn)與潤(rùn)滑振動(dòng)壓縮實(shí)驗(yàn)，揭示了摩擦條件、高徑比、加載時(shí)間等對(duì)振動(dòng)壓縮過(guò)程的影響規(guī)律。在靜態(tài)壓縮中，高徑比越大，摩擦對(duì)材料流動(dòng)的限制作用越小，干摩擦?xí)r材料平均應(yīng)力與潤(rùn)滑時(shí)平均應(yīng)力越接近;振動(dòng)壓縮實(shí)驗(yàn)中，干摩擦振動(dòng)壓縮的應(yīng)力比