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变薄旋压工艺数值模拟及实验分析

作　者: 郝继东
导　师: 肖林京；秦升学
学　校: 山东科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 旋压成形锥形件车轮轮辐 ANSYS/LS-DYNA 数值模拟
分类号: TG376
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 57次
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内容摘要

旋压技术已经广泛应用于回转体工件的加工,例如车轮、灯罩、导弹外壳等。在生产过程中坯料易产生拉裂、起皮、鼓包等工艺缺陷,因此对旋压成形机理和变形规律的研究成为亟待解决的关键问题。本文建立了锥形件和车轮轮辐旋压成形的有限元模型,并采用ANSYS/LS-DYNA软件进行了数值模拟,结合实验研究了旋压变形机理,分析了工艺参数对成形过程和工件质量的影响。本文首先分析了旋压生产的工艺特点,基于塑性变形理论及有限元技术,采用ANSYS/LS-DYNA建立了旋压成形有限元模型。在建模过程中对比了体网格和面网格的优劣,利用旋轮轴、数组和坐标运算,解决了接触、旋轮运动轨迹描述等多个关键问题,并对运算过程中易出现的数据中断问题进行了调整。分别采取调整单元类型、增大变形体的刚度、增大部件之间的间隙等措施,改进了模拟中存在的负体积、穿透、网格畸变严重等问题。有限元模型的建立为之后对成形规律和工艺参数的研究奠定了基础。基于有限元模型,分别分析了锥形件和车轮轮辐旋压成形的变形特征和应力应变规律,并分析了工艺参数对旋压成形的影响。在锥形件旋压成形过程中,分析了应力应变对坯料中心孔及整体成形精度的影响、坯料内外表面应变差异；同时也分析了进给率、偏离率等工艺参数对应力应变及工件成形质量的影响,解释了起皮、拉裂等缺陷的产生原因。在车轮轮辐成形过程中,获得了应力应变的分布,分析了旋轮圆角半径、旋轮安装角和主轴转速等工艺参数对应力应变、壁厚及壁厚减薄率的影响,预测了过度减薄和开裂等缺陷易产生的位置。最后根据模拟结果进行了实验验证,利用优化后的工艺参数,得到了质量良好的工件。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 旋压工艺概述  13-17
  1.3 旋压技术的研究现状  17-18
  1.4 本课题的研究目的与意义  18-19
  1.5 本课题的研究内容  19
  1.6 有限元模拟的关键技术问题  19-20
2 变薄旋压成形工艺及有限元理论  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 变薄旋压成形的基本理论  20-24
  2.3 塑性变形理论  24-32
  2.4 本章小结  32-34
3 旋压成形有限元模型的建立  34-40
  3.1 引言  34
  3.2 ANSYS/LS-DYNA软件简介  34-35
  3.3 有限元模型的建立  35-38
  3.4 本章小结  38-40
4 锥形件三维变薄旋压的数值模拟  40-52
  4.1 引言  40
  4.2 成形过程有限元建模  40-42
  4.3 应力应变分析  42-47
  4.4 工艺参数对成形过程的影响  47-50
  4.5 本章小结  50-52
5 车轮轮辐旋压成形的数值模拟  52-71
  5.1 引言  52
  5.2 有限元模型的建立  52-57
  5.3 应力应变规律  57-61
  5.4 工艺参数对成形过程的影响  61-67
  5.5 模拟过程中的难点及解决措施  67-70
  5.6 本章小结  70-71
6 锥形件和车轮轮辐旋压的实验  71-76
  6.1 引言  71
  6.2 锥形件旋压成形实验  71-72
  6.3 车轮轮辐旋压成形实验  72-75
  6.4 本章小结  75-76
7 总结与展望  76-78
  7.1 主要结论  76-77
  7.2 工作展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况  83

变薄旋压工艺数值模拟及实验分析

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