孙丽丽[1]2008年在《汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟》文中研究表明轮毂是车辆行驶时的主要部件之一,发挥着承载车辆重量、体现车辆外观、转向和驱动等重要作用。旋压是一种综合了锻造、挤压、拉深、弯曲和滚压等工艺特点的先进制造工艺方法,在航空航天、通用机械、汽车和化工等金属精密加工技术领域得到了日益广泛的应用。作为一种先进的制造技术,旋压也开始逐渐应用到汽车轮毂的制造和生产中去。汽车轮毂旋压是一个复杂的塑性成形过程。为了系统研究汽车轮毂旋压的成形规律,本文采用计算机数值模拟和理论分析相结合的方法对其成形过程进行分析研究。本文以有限元理论为依据,在对汽车轮毂旋压的工艺特点进行深入分析的基础上,建立了符合实际的合理力学模型。毛坯采用四节点四边形单元划分网格,芯模和旋轮也进行了模型的离散化,并且对边界条件、摩擦接触条件和旋轮运动轨迹等进行确定。然后利用成形分析软件DEFORM对汽车轮毂旋压的多道次成形过程进行有限元数值模拟。在数值模拟的基础上,得到了不同道次下旋压毛坯的变形网格情况,各道次下的应力应变分布情况及相应的曲线图,分析了变形区的应力、应变分布规律和轮毂旋压成形的塑性变形机理。为有效地进行工艺研究、优化工艺参数提供了方法和依据。通过对不同工艺参数下的汽车轮毂旋压过程进行数值模拟,得到了名义拉深系数、相对厚度、旋轮圆角半径和进给比等工艺参数对等效应力、等效应变和旋压力等的影响规律。在此基础上,分析了汽车轮毂旋压时出现的起皱、不贴模等缺陷,并对原因进行了解释说明。在数值模拟的基础上,选取合适的工艺参数,并采用正交表分配各因素的值,进行工艺参数的优化设计。以旋压力和壁厚偏差为主要判断依据,通过正交试验的方法分析名义拉深系数、相对厚度、旋轮圆角半径和进给比对于旋压成形质量的影响主次关系,并且在参数的可选范围内,得到一组最优的工艺参数匹配关系。
刘建华[2]2003年在《多道次普通旋压成形机理与旋轮运动轨迹作用的研究》文中认为多道次普通旋压是一种先进的金属塑性加工技术,在航空、航天、兵器等领域中得到了日益广泛的应用。然而,多道次普通旋压成形机理复杂,尤其是多道次普通旋压的旋轮轨迹对旋压成形规律、成形质量与加工效率具有重要的影响。本文针对当前多道次普通旋压成形理论及旋轮运动轨迹作用机理研究明显滞后,旋轮运动轨迹的选取依然是依靠经验和反复试验获得的研究现状,采用计算机数值模拟、理论分析与实验研究相结合的方法,对多道次普通旋压成形机理及旋轮运动轨迹的影响进行了系统深入的研究,主要取得以下几方面的研究结果。 根据多道次普通旋压成形过程的特点,建立了符合实际的多道次普通旋压成形过程的力学分析模型,系统深入地研究了多道次普通旋压弹塑性有限元模拟中的连续加载、材料强化以及边界条件处理与网格重新划分等关键技术问题,并进行了有效处理。基于弹塑性有限元基本原理,自主开发了多道次普通旋压有限元数值模拟系统MPCS(Multi-Pass Conventional Spinning);该系统具有用户界面友好、功能齐全、针对性强、计算快捷与运行可靠等特点,适用于多道次普通旋压成形过程的数值模拟分析。 采用所开发的多道次普通旋压有限元数值模拟系统MPCS,对多道次普通旋压旋轮单向式道次贴模、单向式道次不贴模和往复式叁种加载方式下旋压成形机理进行了系统研究,获得了板料的网格变形图及应力应变分布图。结果表明:①不同硬化指数材料对多道次普通旋压成形中的应力应变分布趋势影响很小,而硬化指数大的板料旋压时变形相对均匀;②叁种方式下旋压成形中板料直线部分变形基本相似,其中单向道次贴模的贴模部分厚向应变较大,变形最剧烈;往复式旋压板料变形最均匀,但加工硬化现象比较严重;③与旋轮接触板料的外侧部分变形较大;旋轮每一进给步仅使旋轮附近板料发生变形,板料的内侧径向受拉,外侧径向受压,而板料周向均受压;④参与变形板料部分的应力、应变均随道次的增加而增大,变形程度也随道次的增加而加剧。 利用所开发的多道次普通旋压有限元数值模拟系统MPCS,系统地研究了多道次普通旋压中旋轮运动轨迹曲率半径对最大径向应力、最大周向应力和最大
马明娟[3]2007年在《大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形机理及规律的叁维有限元分析》文中研究表明大型复杂薄壁壳体是广泛应用于航空航天、兵器等领域的一类重要的空心回转体零件。由于受到材料成形极限等因素的限制，成形此类回转体零件往往需要采用多道次旋压工艺。了解和掌握大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形机理及规律是研究和发展该技术迫切需要解决的关键问题。为此，本文基于ABAQUS弹塑性显式和隐式有限元平台Explicit & Standard，研究建立了该成形过程的叁维有限元模型，并分析了其成形机理及工艺参数对成形过程的影响规律。主要研究内容和结果如下： 建立了包含回弹和退火工序的符合实际并兼顾计算精度和效率的大型复杂薄壁壳体多道次旋压的叁维弹塑性有限元模型，解决了其中涉及到的关键问题，并验证了模型可靠性。该模型的建立，为深入揭示大型薄壁壳体多道次旋压成形机理及工艺参数对其成形过程的影响规律奠定了基础。 基于上述模型，研究获得了大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形过程中的应力应变及壁厚的分布和变化特征：随着成形过程的进行，多道次旋压成形过程中应力应变极值呈现增大趋势；并且应力应变最大值出现在旋轮与坯料接触处(即成形区)。沿工件母线方向，壁厚逐渐减小，在旋轮与毛坯接触处壁厚剧烈减薄。回弹对应变和壁厚的分布影响不大，但是对应力分布有较大影响。 进而研究揭示了旋轮安装角、摩擦系数、旋轮进给比对大型复杂薄壁壳体旋压成形过程中第一道次旋压的应力应变、壁厚和直径差的影响规律。结果表明：旋轮安装角对应变和壁厚影响不大，对工件直径差影响较大；随着摩擦系数的增大，工件壁厚的均匀性明显改善，但是直径差越来越大；当旋轮进给比较大时，壁厚分布不均匀。 最后研究揭示了摩擦系数和旋轮进给比对大型复杂薄壁壳体第二、叁道次旋压的应力应变、壁厚和直径差的影响规律。结果表明：随着摩擦系数的增大，壁厚极大值变化不大，壁厚极小值先增大后减小，壁厚差极大值先减小后增大；直径差先增大后减小。随着旋轮进给比的增大，壁厚差极大值逐渐减小；直径差先增大后减小。这些结果可为相关工艺参数的确定和优化设计提供理论依据。
徐银丽[4]2006年在《异型薄壁壳体强力旋压成形机理及规律的叁维有限元分析》文中研究指明异型薄壁壳体是广泛应用于航空、航天、兵器等领域的一类重要的零件,了解和掌握异型薄壁壳体强力旋压成形机理及规律是研究和发展该技术迫切需要解决的关键性问题。为此,本文基于弹塑性显式有限元平台ABAQUS/Explicit,研究建立了该过程的叁维有限元分析模型,并分析了异型薄壁壳体强力旋压成形机理及工艺参数对其成形过程的影响规律。主要研究内容和结果如下: 建立了既符合实际又兼顾计算精度和效率的异型薄壁壳体强力旋压的叁维弹塑性动态显式有限元模型,解决了建模过程中有关旋轮定位、旋轮运动轨迹的确定、连续变壁厚坯料壁厚的定义等关键问题,并通过理论评估和试验验证验证了其可靠性。该模型的建立,为深入揭示异型薄壁壳体强力旋压成形机理及工艺参数对其成形过程的影响规律奠定了基础。 基于上述模型,研究获得了异型薄壁壳体强力旋压成形过程中的应力应变及壁厚的分布和变化特征:随着成形过程的进行,应力应变极值逐渐增大;应力最大值出现在旋轮与坯料接触处(即成形区),应变最大值在成形初期出现在旋轮与坯料接触处,随着成形过程的进行,转移到旋轮后方;靠近口部的部位壁厚剧烈减薄,而工件的其余部位的壁厚较合理。研究发现异型薄壁壳体强力旋压后期锥体部位易于出现的过量减薄是由于累积减薄量过大而使旋轮前方出现金属堆积所致,因此提出通过控制坯料的局部厚度或旋轮与芯模间的间隙来控制金属堆积所带来的局部减薄的方法。 进而研究揭示了旋轮安装角、旋轮圆角半径、摩擦系数、旋轮进给比对异型薄壁壳体强力旋压成形过程中应力应变和壁厚的影响规律。结果表明:减小旋轮圆角半径、增大摩擦系数、增大旋轮安装角、减小进给率均可使塑性变形及工件壁厚分布更均匀,从而减弱甚至消除金属堆积。这些结果可为异型薄壁壳体强力旋压成形过程成形参数的确定和优化设计提供理论依据。
袁玉军[5]2013年在《薄壁件精密旋压成形方法及缺陷控制研究》文中研究指明大长径比薄壁带底筒形件的应用越来越广泛，人们对此类零件的产品性能和质量要求也越来越高。此类产品的传统成形方法存在着模具投入大、工艺过程复杂及产品尺寸精度和性能要求难以保证等不足。与传统成形方法相比，复合旋压成形的显着优点是能够有效地减少模具投入、避免焊接工艺、提高产品质量。本论文以大长径比薄壁带底筒形件为研究对象，在分析了其传统成形方法的基础上，提出了多道次拉深旋压+流动旋压的复合旋压成形方法；通过采用理论分析与试验研究相结合的方法，分别对多道次拉旋和流动旋压过程中，不同工艺参数对产品成形质量（壁厚均值、最大壁厚减薄率、椭圆度、直线度）的影响规律进行了研究；在此基础上，分析了复合旋压典型缺陷的形成原因及预防措施。具体研究内容和结论如下：1、分析了大长径比薄壁带底筒形件的传统成形方法，包括拉深成形、拉深+焊接成形、多道次拉旋成形，提出了多道次拉旋+流动旋压的复合旋压成形方法，同时，给出了多道次拉深旋压旋轮轨迹的确定规范。2、根据理论分析和实践经验，设计了复合旋压所需工装，并确定了合理的旋压工艺参数。以旋压件最大壁厚减薄率、椭圆度和直线度为评价指标，研究了多道次拉深旋压成形工艺参数对旋压件成形质量的影响规律。结果表明：在合理范围内，旋轮进给比f越大、首道次仰角θ0越小、道次间距p越小，零件成形质量越好。3、以旋压件壁厚均值、最大壁厚减薄率、椭圆度和直线度为评价指标，研究了流动旋压成形工艺参数对旋压件成形质量的影响规律。结果表明：在合理范围内，主轴转速对流动旋压成形质量影响不大；随着旋轮进给比的增大，工件壁厚随之增大，最大壁厚减薄先减小、再增大，而工件的椭圆度和直线度则先增大、后减小；随着减薄率的增大，工件的最大壁厚减薄率、椭圆度和直线度都逐渐增大，工件成形质量降低。4、分析了复合旋压过程中典型缺陷的形成原因及其相应的预防措施，包括多道次拉旋成形过程中的失稳起皱和破裂及流动旋压成形过程中的破裂、起皮和波纹。
黄成龙[6]2015年在《普通旋压成形质量分析及控制研究》文中指出多道次普通旋压由于具有材料利用率高、表面质量好、制件范围广等特点,使其在薄壁回转体零件成形领域得到了广泛的应用。由于工业生产的快速发展,对普通旋压零件的成形质量要求越来越高。本文以普通旋压成形质量为主要研究对象,分析了普旋过程中存在的主要缺陷及现有旋压轨迹的不足之处,对旋压轨迹进行改进,并借助于有限元软件MARC对采用改进后的旋轮轨迹和旋轮进行了旋压过程模拟研究,并且在此基础上进行试验研究,获得了旋压工艺参数(首道次仰角、起旋位置、进给比)对成形质量(减薄率、椭圆度、直线度)的影响规律。具体研究内容和结论如下:1、结合实际生产经验,对多道次普通旋压成形过程中的一些常见缺陷(起皱、破裂、底部隆起、橘皮,压痕、回弹、过度减薄)进行了分析和总结,并提出了相应的预防措施;针对普旋中的壁厚减薄问题,分析了现有旋轮轨迹存在的问题,提出了在多道次普旋中采用中部起旋轨迹,复合型面旋轮及不等间距,并分析了其可行性。2、借助有限元软件MARC,分别对采用底部起旋和中部起旋两种不同类型的旋压轨迹及不同型面旋轮的旋压成形过程进行了研究,分析其成形过程中的等效应力、应变以及壁厚分布规律,从而获得了更有利于零件壁厚分布的方法。模拟结果表明:在首道次中采用中部起旋轨迹时,等效应力、应变最大值更小,并且可以有效改善普旋零件首道次的壁厚分布,降低壁厚减薄率;采用R25-12型面旋轮最有利于降低普旋零件的壁厚减薄率。3、通过试验对中部起旋轨迹及底部起旋轨轨迹,复合型面旋轮及单型面旋轮、不等间距及等间距分别进行了试验对比,结果表明,采用中部起旋轨迹、复合型面旋轮、不等间距对普通旋压零件的壁厚都有一定程度的改善;在上述结果基础上,以减薄率、椭圆度、直线度为目标进行正交试验,探讨了工艺参数(首道次仰角、起旋位置、进给比)对其影响规律。结果表明,影响减薄率的主次顺序为:首道次仰角>起旋位置>进给比;影响椭圆度的主次顺序为:进给比>起旋位置>首道次仰角,影响直线度的主次顺序为:进给比>首道次仰角>起旋位置。4、利用正交试验结果为样本,采用神经网络和遗传算法相结合的方法对影响壁厚的工艺参数进行了优化,进一步将壁厚减薄率减小至16.22%,与试验结果基本吻合,经过优化后的工艺参数为首道次仰角52°,起旋位置为0.5,进给比为2.28mm/r。
马菽聪[7]2008年在《铝合金拉深旋压成形规律的研究》文中提出旋压是一种无切削压力加工工艺,是先进制造技术的重要组成部分,具有广阔的使用前景。一般分为普通旋压和强力旋压两种。与强力旋压相比,普通旋压变形过程复杂,影响因素繁多,理论发展相对滞后。因此对其展开研究,具有重要的理论和实际意义。拉深旋压是普通旋压中最主要和应用最广泛的成形方法,而在旋压材料中有四分之一是铝及其合金。为此本文以铝合金筒形件拉深旋压为研究对象,采用计算机数值模拟的方法对其成形规律进行研究。由于拉深旋压成形工艺复杂,成形工艺条件难以确定,而工艺条件参数选取是否合理将直接影响着应力应变分布的规律,进而影响旋压件质量和尺寸精度,因此探讨不同工艺参数对应力应变分布的影响规律,对提高成形件质量和尺寸精度具有重要意义。本文以实际生产中的一组工艺参数为基础,建立了旋压时的数学模型,并对边界、接触、摩擦等条件进行分析,采用八节点实体单元,应用ANSYS/LS-DYNA软件对其成形过程进行了叁维有限元数值模拟。通过对其成形过程起关键作用的工艺参数(旋轮直径、主轴转速、旋轮进给率、旋轮运动轨迹)的改变,对比不同工艺参数下变形区应力、应变的分布规律及对旋压力和壁厚的影响,从微观上揭示不同工艺参数对普通旋压成形影响的规律,从而为实际生产提供参考,缩小选择范围,优化工艺参数。最后,根据模拟结果分析了旋压成形过程中出现的缺陷及原因。
张海峰[8]2015年在《多道次轮毂旋压成形数值模拟技术及仿真研究》文中研究说明旋压成形技术是一种通过旋轮边自转边挤压旋转工件使其发生金属塑性变形而使其成形为壁厚改变的管状类零件或者锥形弧形类的空心回转体零件的加工工艺,由于旋压成形工艺具有对工件的一次成形的特点,具有较好的降低材料成本、提高加工生产效率、很好的成形产品质量等优点。因而旋压成形技术正被广泛的应用开来,在汽车制造业、航空加工业以及军用装备等领域都有很好的发展。旋压成形是结合了挤压、锻造、拉深和滚压等材料成形工艺的技术特点,特征上表现为材料的局部连续塑性变形。旋压成形工艺主要分为单道次旋压成形和多道次旋压成形工艺,然而,相对于单道次旋压工艺而言多道次旋压的成形机理更为复杂,其中旋轮进给轨迹和工艺参数在各道次间的相互影响对于多道次旋压的成形规律上、成形产品质量上和整体成形效率上都有着较大的影响。本文根据多道次旋压成形过程的特点,以及结合轮毂旋压成形的实际生产状况,采用非线性功能强大的有限元分析软件ABAQUS的弹塑性有限元方法,首先对筒形件进行强力正反旋的仿真分析,通过对正反旋成形后的的等效应力的分析得出一般情况下正旋形式较好。之后主要研究轮毂的旋压过程进行数值模拟,建立了符合实际的多道次车轮轮毂旋压的成形过程分析,系统地研究了多道次旋压弹塑性有限元模拟中的连续加载、材料强化以及边界条件处理与网格划分等关键技术问题。以ABAQUS有限元软件为平台,研究了旋轮进给率、减薄率和摩擦系数等重要参数下的工件第一道次、第二道次以及整形道次中的等效应力极大值、等效应变极大值。得到旋压成形过程中各道次的应力应变分布情况,分析了应变区金属流动规律,为有效的制定成形工艺、优化提供了必要结果。通过对进给率,摩擦系数和减薄率等几个重要的工艺参数下的模拟结果的分析和以应力应变和成形能量走势为主要判断依据,通过正交化处理得出不同参数对旋压成形的影响大小依次为：旋轮进给率f>摩擦系数u>减薄率t。然后再由神经网络和遗传算法进一步分析优化进给比、摩擦系数等条件对旋压成形质量的影响关系,得到最优的工艺参数组合。
田辉[9]2010年在《筒形件旋压成形有限元模拟及工艺分析》文中提出旋压成形可旋制无缝空心回转体零件,具有变形条件好、产品性能优、尺寸公差小、材料利用率高、产品类别广泛等优点,广泛应用于兵器、航空、航天、民用等金属精密加工技术领域。实际生产过程中影响产品质量的因素很多,各参数之间的合理搭配需要工艺人员在试生产中反复摸索调试。采用有限元数值模拟技术可以降低成本,提高生产效率,为工艺设计和实验研究提供指导。本文以筒形件外旋压和带内筋筒形件内旋压过程为研究对象,基于MSC.Marc元平台,建立了旋压成形过程的叁维有限元模型,并分析了其成形机理及工艺参数对成形过程的影响规律。首先,根据有限元理论,毛坯采用六面体单元划分网格,对尾顶、芯模和旋轮进行了模型的离散化,并有效地解决了摩擦接触、边界约束与旋轮轨迹等关键问题。从而建立了合理的筒形件旋压成形有限元模型。基于上述模型,得到筒形件外旋压变形过程中应力场、应变场分布规律。探讨了旋压方式和工艺参数对旋压力及工件质量的影响。针对TC4钛合金的正旋压工艺,研究结果显示：随着减薄率、进给比和圆角半径增加,各方向旋压力均呈增大趋势,径向旋压力增加速率较大；增大成形角,总旋压力和径向旋压力显着减小,而轴向旋压力呈增大趋势。通过模拟,研究带内筋筒形件内旋压成形的基本规律及旋压力的变化趋势。分析了不同减薄率和进给比对金属流动、工件尺寸精度和内筋高度的影响。研究认为：随着减薄率增大,工件尺寸精度降低,内筋高度略有增大；当进给比在较小的范围(小于1.5mm/r)时,增大进给比,外径尺寸精度显着改善,而内筋高度明显减小。
刘双耀[10]2017年在《多道次无芯模旋压成形方式及其优化研究》文中研究说明旋压技术作为塑性成形加工工艺的一种,广泛应用于复杂曲面件高精度、轻量、高稳定性的制造加工。目前应用较为广泛的是普通旋压技术,以有芯模为主,但是复杂曲面件芯模的加工制造成本较贵、周期较长,无芯模旋压作为一种无模连续局部金属塑性成形技术,体现了很多优势,研究表明偏移式分段成形方式可以有效控制旋压件的减薄率,但是此方式在多道次无芯模旋压中较少使用,本文将此成形方式应用于无芯模旋压,探讨其对无芯模旋压成形精度的影响。具体的研究内容包括:指出了本文的研究背景,概述了有芯模旋压以及无芯模旋压成形方式与轨迹形状的研究现状,提出了无芯模旋压不同成形精度问题以及成形方式优化问题,并引出本文有关无芯模旋压成形方式研究及其优化的主要内容。构建了多道次无芯模旋压不同成形方式的几何模型及仿真模型。鉴于普旋多道次已经得出的结论,本文分段成形的正返程曲线均使用对壁厚保持较佳的渐开线轨迹。在此基础上推导了渐开线的生成方程,并详细介绍了分段轨迹的确定方法,设计了不同目标曲线的分段成形轨迹。构建了偏转式渐进成形方式几何模型和偏移式分段成形方式几何模型。利用ANSYS/LS-DYNA显示动力学仿真平台构建了不同成形方式的有限元仿真模型,并进行了模型的有效性验证。实验探讨了不同目标轮廓曲线不同成形方式的成形精度。本文所用的实验平台是项目组自主设计的多功能复合式板料旋压机,在设备以及实验条件准备充分的基础上,详细设计了实验方案并进行了旋压实验,利用超声波测厚仪和轮廓测量仪对成形件的壁厚和形状轮廓进行了测量,对结果进行了分析,并得出了针对不同目标轮廓曲线最佳的成形方式。进行了针对复杂目标曲线的无芯模旋压渐进分段成形方式的研究。对叁种渐进分段成形方式进行了轨迹设计,针对目标凸凹凸以及凹凸凹曲线进行了实验方案设计并实验验证,得出了对壁厚效果和形状效果保持最优的渐进分段成形方式。进行了成形方式优化和基于进给比优化的成形质量改善研究。为了改善表面质量,提高成形精度,分别进行了基于终道次渐进与前道次渐进分段组合成形方式,以及基于渐进分段与渐进成形混合成形方式的优化研究。并通过不同恒定进给比、道次间变化进给、道次内变化进给的成形质量研究,进一步借助于变进给比优化方式,提高了成形精度。
参考文献：
[1]. 汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟[D]. 孙丽丽. 合肥工业大学. 2008
[2]. 多道次普通旋压成形机理与旋轮运动轨迹作用的研究[D]. 刘建华. 西北工业大学. 2003
[3]. 大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形机理及规律的叁维有限元分析[D]. 马明娟. 西北工业大学. 2007
[4]. 异型薄壁壳体强力旋压成形机理及规律的叁维有限元分析[D]. 徐银丽. 西北工业大学. 2006
[5]. 薄壁件精密旋压成形方法及缺陷控制研究[D]. 袁玉军. 华南理工大学. 2013
[6]. 普通旋压成形质量分析及控制研究[D]. 黄成龙. 华南理工大学. 2015
[7]. 铝合金拉深旋压成形规律的研究[D]. 马菽聪. 燕山大学. 2008
[8]. 多道次轮毂旋压成形数值模拟技术及仿真研究[D]. 张海峰. 长春工业大学. 2015
[9]. 筒形件旋压成形有限元模拟及工艺分析[D]. 田辉. 大连理工大学. 2010
[10]. 多道次无芯模旋压成形方式及其优化研究[D]. 刘双耀. 浙江大学. 2017
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