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《吉林大学》 2012年
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板料柔性拉边成形工艺及其数值模拟研究

李渊婷  
【摘要】:板料成形是现代工业重要的制造技术之一,以其加工精度高、制造成本低、易于实现机械化、自动化等优点广泛应用于社会生产诸多行业中。然而,随着人类社会的不断进步,人们对产品的需求日趋多样化和个性化,导致冲压成形件的形状越来越复杂,冲压成形工艺的局限性日益凸显。在传统冲压成形中,通常采用压边装置来辅助成形,但压边装置大多以被动限制板料流动为主,在成形形状复杂、变形量较大的工件时,由于板料各部分产生的流动量不同,极易产生起皱、断裂等缺陷,严重制约冲压成形工艺的应用范围。因此,急需新型板料柔性成形技术的诞生。 柔性拉边成形是在已有冲压成形工艺的基础上结合柔性拉形原理诞生的一种新型板料柔性成形方法。用柔性拉边技术代替传统压边技术,使一套拉边装置可以与多套不同尺寸、不同形状的整体模具或多点模具配合使用,实现球形件、鞍形件、盒形件、非规则曲面件及带凸台曲面件等三维曲面件的柔性成形,从而降低设备生产成本,抑制板料成形过程中出现的起皱、拉裂等缺陷,得到应力应变分布均匀、回弹量小的高质量成形件,具有广阔的研究前景。 本文的主要研究内容与结论如下: 1.柔性拉边成形装置及工艺的研究 首次对柔性拉边成形方法进行系统研究,根据柔性拉边成形原理设计了柔性拉边成形装置,并指出该装置的技术特点和成形优势;探讨了两种可行的柔性拉边成形工艺(有预拉成形工艺和无预拉成形工艺),分析了每种成形工艺的优缺点及应用范围。该工艺及成形设备的研究将解决板料成形中出现的起皱、拉裂等问题,拓宽冲压成形工艺的应用范围。 2.柔性拉边成形有限元模型的建立 基于金属板料塑性成形理论,探讨了板料发生塑性变形时满足的基本方程、虚功原理及材料的本构方程;在此基础上,建立了柔性拉边成形过程的有限元模型,研究了模型中涉及的分析步确定、接触定义、载荷加载、网格划分及单元选择等问题,尤其对柔性拉边成形装置拉边机构的建模方法进行了详细讨论,为板料柔性拉边成形过程的数值模拟研究奠定基础。 3.夹料机构对柔性拉边成形结果的影响 采用数值模拟方法对球形件及非规则曲面件进行柔性拉边成形过程的研究,探讨夹料机构(包括夹钳的布置模式、夹钳数量及夹钳形状)对成形件应力、应变分布的影响,结果表明:采用六角形夹钳、在板料四个角处不加夹钳的方式更有利于板料的流动,同时夹钳数量越多,板料受力越均匀,成形结果越好。 4.工艺参数对柔性拉边成形结果的影响 以鞍形件的柔性拉边多点模具成形和球形件的整体模具成形为例,探讨柔性拉边成形工艺参数对成形结果的影响。采用不同拉边力加载路径成形鞍形件,通过对成形结果应力、应变及回弹情况的分析表明:采用有预拉成形工艺能得到应力、应变分布更加均匀,回弹更小的成形件;通过采用不同的拉边力对鞍形件进行成形,对比分析不同拉边力所得成形件的起皱现象、应力与应变分布情况,讨论拉边力对工件成形性能的影响,结果显示:在柔性拉边成形过程中,可以通过调整拉边力的大小来抑制成形件产生起皱缺陷;同时还讨论了在成形不同厚度及不同材料参数板料时所需拉边力的变化情况,研究表明:成形板料越厚,材料的屈服极限越大、弹性模量越大,所需拉边力也越大;通过对板料与模具之间的摩擦系数进行数值模拟研究得出:板料表面润滑程度越好,所得成形件质量越好。 5.柔性拉边成形与压边成形方式的对比研究 分别采用刚性压边、柔性压边及柔性拉边方式进行鞍形件的多点模具成形、盒形件和带凸台曲面件的整体模具成形,通过对模拟结果起皱断裂缺陷、应力应变分布及回弹情况的对比分析得出:采用柔性拉边成形方式能很好地抑制板料产生起皱、拉裂等缺陷,成形过程可控性好,所得成形件应力应变分布均匀、回弹小。综上所述,柔性拉边成形方式明显优于刚性压边和柔性压边成形方式,能得到更好质量的成形件,可以推广使用。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG386

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