铝合金板材电磁脉冲拉深有限元模拟与实验研究

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电磁成形是利用金属在强脉冲磁场中受力而发生塑性变形的一种高能率高速成形方法,与传统加工工艺相比,具有更多优势。但是,受限于设备能量、线圈强度和板料变形方式等问题,很难直接应用于大型铝合金板材的拉深及精确成形。本文在前人研究的基础之上,在金属板材的电磁脉冲拉深成形中,采用一种使成形件凸缘部分的材料可以径向流动的方法,形成了一种拉深—胀形特点相结合的成形工艺,可以提高材料的拉深极限,一次放电成形拉深件。本文采用顺序耦合法,利用ANSYS软件建立了5052铝合金板材电磁拉深成形的3D有限元模型,对成形过程进行了数值模拟,并对模拟结果进行了分析,得出了5052铝合金板材在电磁拉深成形过程中的变形特点,提高了能量利用率。本文的模拟方法考虑了工件变形对磁场分布的影响,对空气网格进行随移更新,可提高电磁场—结构场之间迭代耦合分析的计算精度。对电磁拉深成形工艺进行了研究。搭建了板材电磁拉深成形实验平台,对模拟方法进行了实验验证;研究了板料成形极限的判据和极限拉深高度的影响因素;并采用数值模拟的方法优化工艺参数,进一步提高了拉深极限,获得更大拉深高度。通过正交试验综合研究了板料直径、放电电压、凹模圆角半径、压边间隙和摩擦系数对板材电磁拉深高度和成形质量的影响规律。对模拟试验结果进行了极差和方差分析,得到了本文范围内工艺参数的最优组合,分析了各因素的显著性,为进一步参数优化指明了方向。最后根据正交试结果训练了拉深高度的BP神经网络模型,并验证了该模型的可靠性。
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