AA5052板材磁性介质反胀预变形理论及拉深成形工艺研究

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随着薄壁深腔类构件成形要求不断提高,钣金件的加工不再局限于仅通过优化外部条件直接成形,而是根据零件的形状和工艺特点,利用软模介质或增加有效预变形工序,其中预变形量和介质种类的选择对成形效果至关重要。磁流变液智能磁性流体材料兼具各类软模介质的成形特点又优势突出,因此,本文在磁流变液反胀预变形的基础上进行了板材拉深成形。首先自主构建了磁流变液传压特性理论模型,得出在一定磁场强度条件下,压力随着传压距离的增加非线性减小。进一步给出了预变形件轮廓变化规律关系式以及变形过程中板材任意部位的应力表达式。其次明确了反胀预变形对拉深成形过程的影响规律。反胀预变形高度增加,预变形件塑性变形程度随之增大。同一反胀高度下,不同直径板材应力应变状态变化趋势相似,较大直径板材的应力应变值偏大。将理论分析和有限元数值模拟得到的预变形件轮廓尺寸与实验结果相比较,一定径向距离范围内误差较小,证明了理论计算和有限元模型的可靠性。最后系统阐述了反胀预变形对筒形件拉深成形过程的影响机制。研究结果表明,反胀预变形在筒形件拉深成形初期能够有效改变板材受力状态,预变形后凹模圆角附近周向压应力减小,沿厚度方向存在应力中性层移动情况。随着反胀高度增加,径向拉应力作用区域扩大,更有利于板材发生流动,同时筒底等效应变增大,筒形件整体等效应变差减小,变形更为均匀。对于拉深比为2.125和2.25的筒形件,当反胀预变形高度分别为9 mm和5 mm时,筒形件壁厚方差值最小,壁厚最大减薄率分别减至6%和4.4%。上述研究表明,基于反胀预变形的磁流变液软模介质板材拉深成形工艺对提高成形件质量起到了积极促进作用,随着当前加工制造技术的不断发展进步,关于磁流变液在板材领域的研究定会逐渐深入。
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