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铝型材三维拉弯成形工艺优化及回弹补偿方法研究

翟志会  
【摘要】:近些年,随着轻量化被应用于高速轨道列车行业,与传统列车相比,其安全性能和运行速度不断提高、能源利用更加高效,给我们的生活带来极大的便利。目前,实现车辆轻量化主要从两方面入手,一是轻量化材料的使用,二是型材弯曲构件组成的框架式结构的使用,由于铝合金型材拉弯成形结构件既满足轻量化的要求,同时也满足强度需求,目前被广泛应用于轨道车辆车身的制造,而且随着车辆外形的设计越来越复杂,组成这种框架式车身的弯曲成形件主要是形状复杂的空间结构件,不再仅局限于简单的平面弯曲件。 本文使用三维柔性拉弯成形模具对轨道车辆承载结构件进行三维拉弯成形数值模拟研究,建立了三维拉弯成形的有限元模型,对建模过程中包括材料参数的设定、边界条件的设定、以及型材、模具单元、夹钳网格的划分等相关问题进行了详细说明,为模拟成形过程奠定了基础。还介绍了拉弯成形基本理论、柔性拉弯模具调形方式和调形时模具单元位移角度的计算方法。 采用数值模拟的方法对轨道车辆承载结构件三维拉弯成形过程进行了研究,对成形件的应力、应变、以及成形精度、截面扭转等方面进行了分析,首先对三维柔性拉弯模具单元数量和宽度的选择进行了研究,分析了模具单元几种不同选择对应成形件的质量,结果表明:模具单元数量对成形件形状精度影响比较大。模具单元数量的减少会使平均形状误差增大,精度降低,增加模具单元的数量能够提高成形件的精度。模具单元数量的不同对拉形件上的最大等效应力、最小等效应力的幅值影响不大,但是模具单元数量较少时,容易产生压痕缺陷,导致应力分布不均匀。减小模具单元的宽度能够使模具形状更加接近目标形状,进而提高拉形件的成形精度。还对型材三维变形程度对成形件的影响进行了研究,得出了变形的一般规律。 对影响成形件回弹的因素—预拉量、补拉量、摩擦的大小对回弹的影响进行了正交试验分析,确定了最优的工艺参数组合,结果表明:随着摩擦的增大,成形件水平和垂直方向的回弹量都会变大,当预拉量取1.5%、补拉量取1.0%时,成形件质量最好,回弹最小。对回弹补偿方法在柔性三维拉弯成形模具上的应用进行了数值模拟和实验的对比研究,证明了该方法在提高成形件精度方面的可行性。


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