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7055铝合金热成形工艺优化及回弹控制

王东涛  
【摘要】:在满足可靠性要求的前提下,为了实现交通运输业轻量化设计要求以达到节能减排的目的,使用强度高、密度低、资源丰富的铝合金替代传统钢材是一个有效的措施。本文针对高强铝合金钣金件冷成形时塑性变形能力差且成形后回弹量大的问题,以7055铝合金为研究对象,对该材料热变形下的力学行为以及双C零件的热成形工艺进行了研究,主要工作内容如下:在不同温度、不同应变速率下对7055铝合金进行拉伸试验,分析了温度、应变速率对材料流动应力及延伸率的影响规律。为了表征材料在300-400℃范围内的热变形力学特性,建立了修正的Johnson-Cook及Arrhenius本构模型,结果表明修正的Johnson-Cook本构模型具有更高的精度,能较为精确地描述材料热变形下的力学行为。使用Fortran语言将精度更高的修正Johnson-Cook本构模型编写为用户材料自定义子程序VUMAT,将其嵌入ABAQUS有限元软件为数值模拟提供材料基础,并通过热拉伸仿真对子程序的正确性进行了验证。利用ABAQUS软件建立双C零件热成形过程和回弹过程的有限元模型,并对回弹原理及评价方法进行了研究。通过正交试验方法开展了铝合金双C零件热成形工艺分析,研究了各工艺参数对最大减薄率和回弹值的影响规律,确定了影响成形和回弹的关键工艺参数。提出一种改进的自适应动态更新Kriging代理模型并将其应用于双C零件热成形工艺优化。首先将原始Kriging模型中随机过程部分的参数进行了优化,然后利用粒子群算法对MSP加点准则及EI加点准则进行求解以实现样本点的动态更新,并通过三个经典非线性函数进行测试,验证了自适应动态混合加点准则的高效率特性。最后基于改进的动态更新Kriging模型对双C零件热成形工艺进行优化,以关键成形工艺参数为设计变量,减薄率及回弹值为优化目标,建立工艺参数与成形质量间的代理模型,利用多目标遗传算法获得了最优工艺参数。通过双C零件热成形试验对最优工艺参数进行验证,结果表明该优化方法有效地减小了最大减薄率和回弹值,提高了成形件的成形质量。


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