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不锈钢蒸发板胀形加工制造变形过程的数值模拟

张海伟  
【摘要】:板料成形是重要金属成形工艺之一,在航空航天、航海、汽车及轮船制造业中有着广泛应用,是现代制造业中重要组成部分。不锈钢蒸发板的胀形过程是一个高度非线性的大变形过程,如果采用传统的设计制造方法,往往需要进行多次的调试和修正,仅凭经验进行的调试不仅费时费力,还导致产品生产效率低、开发周期长、质量差、综合成本高。随着计算机技术,有限元数值模拟等技术的快速发展,基于数值模拟的有限元技术在板料成形中得到了广泛应用。 本文介绍了板料成形数值模拟国内外发展状况,阐述了板料塑性成形有限元理论,主要包括有:塑性应力应变关系、弹塑性本构关系、屈服准则、有限元分析求解方法和过程、静态隐式算法、动态显式算法、成形极限图的绘制与应用、塑性成形试验方法和影响板料成形的因素等。 本文采用板料成形专用软件DYNAFORM对不锈钢蒸发板的胀形加工进行模拟仿真。由于考虑到焊道模拟的复杂性,为避免产生大的偏差,采用简化了的有限元模型,通过对板料成形过程进行动画模拟,可以清楚地看到成形过程的应力、应变的变化和分布,通过FLD图直观地看出成形件的质量,包括是否起皱或破裂;从不锈钢板的成形规律、板厚分布、胀形是否充分和应力应变分布三个方面分析,选定出合理的胀形压力,解决了胀形高度不均的问题;采用不同的加载路径,探讨加载路径对板料厚度分布的影响以及成形极限的不同;还探讨了当外界载荷一定时,所加压边力的大小对板料成形的影响;当压边力确定后加不同的外载荷对胀形性能的影响。最后看出蒸发板的焊接点附近区域和板边缘是成形的高危区域,应力应变情况复杂,变形大,容易出现各种缺陷。通过对它的研究,揭示不锈钢蒸发板胀形规律,高效地进行各项工艺参数的优化改进,从而有效地指导生产,为企业创造价值。本文的研究方法和研究结果对板料成形具有很大的可行度并对实践具有指导意义和借鉴作用。


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