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保持架超塑成形工艺是一种新型工艺,有生产效率高、制件使用寿命长、材料利用率高等优点,但在成形条件设置不恰当时,制件会出现裂纹而报废,所以模拟裂纹产生的原因以及其与成形条件的关系,对于设定合适的成形条件,提高成品率具有重要的意义。随着计算机技术的快速发展,以有限元为代表的数值模拟技术使得精确模拟材料的成形过程成为可能,而诸如DEFORM-3D的大型商业化有限元软件不仅可以方便地建立有限元模型,而且提供了强大的后处理功能,使得数值模拟变得方便、高效且界面友好。
本课题深入地了解和研究了铜合金保持架的超塑成形工艺,分析了影响保持架成形性能的工艺参数,总结了有限元模拟技术和损伤力学的现状和发展前景,并对刚粘塑性有限元法和损伤准则进行了重点讨论。在此基础上利用Unigraphic NX 2.0建立了保持架凸模、凹模和毛坯的几何模型,选择了合适的损伤准则,利用DEFORM-3D软件对保持加用铅黄铜轴承保持架在不同成形温度、挤压速度、润滑条件以及有无倒圆角等条件下的超塑挤压成形进行了模拟。通过的对模拟结果的分析,发现了损伤的区域分布和损伤源所在的位置,解释了金属流动速度的变化梯度对应变速率的影响以及应变速率和损伤的关系。为了精确计算保持架成形后损伤值超过损伤临界值的金属的体积,并在有倒圆角的情况下精确计算切除倒圆角后的损伤金属的体积,本课题利用DEFORM-3D提供的数据提取功能提取了模型的节点、单元和单元损伤等信息,利用Visual C++ 6.0编写了处理这些信息以计算此体积的程序,弥补了DEFORM-3D后处理功能的一些不足。利用此程序的计算结果总结分析了个成形条件对保持架损伤的影响。本课题为保持架成形方案的确定、各成形工艺参数的选择提供了依据,对于预测和消除可能出现的成形缺陷,指导实际生产中的工艺和模具设计有着积极的意义。