Zr基大块非晶合金本构关系及微齿轮挤压成形工艺研究

【摘要】：本文以大块非晶合金Zr_(55)Al_(10)Cu_5Ni_(30)为研究对象,利用单轴压缩实验研究大块非晶合金在过冷液相区的流变行为,基于虚拟应力模型,通过参数优化和拟合,建立新的、精度较高的本构模型。采用DEFORM-3D有限元分析软件对非晶合金在过冷液相区内进行正挤压成形模拟,分析各类参数对其成形工艺的影响规律,设计和制造微齿轮挤压成形模具,成形出各类齿轮。具体内容如下: (1)通过单轴压缩实验,分析Zr_(55)Al_(10)Cu_5Ni_(30)大块非晶合金在过冷液相区的流变行为,基于虚拟应力模型,利用MATLAB遗传算法优化拟合弹性模量,最大应力和最大松弛时间与温度和应变速率的关系,提高了模型对应力峰值及稳态应力值的计算精度;提出了时间调整因子的概念,提高了对应变变化历史的描述准确度,从而得到描述过冷液相区内不同温度、不同应变速率下非晶合金应力-应变关系的新的本构模型,通过单轴压缩实验与虚拟应力模型计算结果的对比,以及正挤压成形模拟与实验的对比,验证了本构模型的正确性。 (2)利用已建立的本构模型,对DEFORM-3D有限元分析模拟软件进行二次开发,将非晶合金本构嵌入到材料库中,并对非晶合金进行正挤压成形模拟,分析挤压比、挤压速度、挤压角度和摩擦条件对非晶合金正挤压成形工艺的影响规律,总结非晶合金理想的成形工艺参数。 (3)对非晶合金正挤压成形工艺不同变形阶段,不同挤压角度和不同挤压速度下,流动速度场、等效应力、等效应变和等效应变速率分布进行了有限元分析,为实际应用提供了理论指导。并通过模拟微齿轮挤压成形,找出了实际生产中可能出现的问题,提出了解决方案,保证实验的顺利进行及成形齿轮的表面质量和精度。 (4)结合微齿轮成形的特点、模拟结果及实验材料本身的特点,设计和制造与微3K-2型行星齿轮减速器中四种齿轮相对应的两套模具,对关键部件进行表面珩磨处理,保证表面光洁度。通过参数调节和控制,成功挤出四种齿轮,内外齿轮齿形清晰饱满,表面平整,基本满足要求,为微齿轮的大规模塑性加工提供了有力参考。