铝合金型材多点弯曲成形中典型工艺的数值模拟研究

发布时间：2017-07-03 23:07

  本文关键词：铝合金型材多点弯曲成形中典型工艺的数值模拟研究

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【摘要】：铝合金型材是一种质量轻、强度高、导电导热性能好、外形美观的结构性材料，因其优异的力学性能和卓越的减重轻量化等特点，近年来已在汽车、航空、建筑等重要领域获得了广泛的应用。出于结构力学、空气动力学以及美观等方面的考虑因素，铝合金型材通常都需要弯曲成一定的弧度。多点成形工艺是一种三维曲面柔性成形的全新加工方法，已经成功应用于板类零件的成形；但对于厚度较大的型材弯曲成形，尤其是基于多点成形原理的多工步弯曲工艺，尚未有完整的研究成果。将多点成形技术用于型材压弯工艺当中，对于实现型材的柔性化、数字化弯曲成形有着重要的意义。 本文的主要研究内容是分析多点成形的几种典型工艺用于型材弯曲的可行性与有效性，并确定各个工艺的合理成形条件和成形范围。所做工作与结论如下： 1.建立了A6N01S-T5铝合金型材多点弯曲的有限元模型，包括适用于大变形问题的材料本构关系方程、选择相应的单元对型材及其他部件进行网格划分、对模型中各个部件施加载荷和边界约束等，并对型材取样进行了拉伸性能试验，测定型材的各项力学参数并获得数值模拟中所需的塑性应力-应变关系曲线。 2.压痕和截面畸变是多点成形工艺弯曲型材时会出现的成形缺陷，需要通过选择合理的成形条件加以抑制。本文对不同成形条件下型材的弯曲过程进行了数值模拟，通过分析结果可得，15mm×15mm尺寸的基本体冲头在3mm厚的弹簧钢条作为弹性介质的成形条件下，可以有效抑制压痕缺陷的产生；在型材空腔施加内充压强，能够抑制截面畸变的产生，施加压强的大小可以通过公式进行估算。 3.使用整体模具和多点成形工艺分别对型材在不同半径的弯曲过程进行数值模拟，通过对比两种工艺弯曲后型材的成形效果，可以看到当弯曲半径大于2000mm时，成形型材质量良好，形状合格，表明多点成形工艺应用于型材弯曲是可行的。 4.研究多道次渐进成形工艺用于型材弯曲的成形效果。变形次数以及变形过程中的成形路径是影响多道次成形效果的重要因素。对型材在不同变形路径和变形次数进行多道次弯曲成形的数值模拟，可以发现采用曲率均匀变化的变形路径能够比半径均匀变化的变形路径获得更好的成形效果，越多的变形次数型材的变形越均匀，但会发生加工硬化现象。对型材分别使用多点单次成形和多道次成形工艺在较小的弯曲半径下进行成形，，通过两种工艺弯曲后型材的轮廓线、等效应力分布、截面畸变等的对比，表明结合多点技术的多道次成形工艺能够进一步加工弯曲曲率较大的型材。 5.研究多点分段成形工艺用于型材弯曲的成形效果。利用基于NURBS的协调变形设计方法对有效成形区和自由变形区之间过渡区曲面进行造型，构造出了能够协调有效成形区和自由变形区之间的形状差异的过渡区曲面。对型材的分段成形过程中各种影响因素进行了数值模拟和对比分析，可以得知，在前后两次压制区域之间设置一定大小的重叠过渡区，可以有效抑制连接区的成形缺陷；过渡区越宽，多点冲头数目越多，分段成形质量越好；与单次多点成形的成形型材相比，分段成形由于分散了变形量，截面畸变缺陷更小；弯曲半径大于2000mm时，型材基本无截面畸变产生，成形形状与目标形状吻合，表明分段成形工艺用于型材弯曲是合理可靠的。
【关键词】：型材 数值模拟 多点成形 多道次成形 分段成形
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG389
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 型材的弯曲方式及研究现状12-17
• 1.2.1 型材拉弯12-13
• 1.2.2 型材辊弯13-15
• 1.2.3 型材绕弯15-16
• 1.2.4 型材压弯16-17
• 1.3 多点成形技术简述17-19
• 1.3.1 基本原理17
• 1.3.2 研究进展17-18
• 1.3.3 技术特点及应用实例18-19
• 1.4 选题意义及主要研究内容19-21
• 第2章 型材多点弯曲模型的建立21-41
• 2.1 材料本构模型21-27
• 2.1.1 材料本构关系的数学模型21-25
• 2.1.2 材料力学参数测定试验25-27
• 2.2 多点压弯成形数值模拟的前处理27-33
• 2.2.1 显-隐式算法27-29
• 2.2.2 接触与摩擦模型29-30
• 2.2.3 边界条件30-31
• 2.2.4 单元类型31-33
• 2.3 成形缺陷及抑制33-40
• 2.3.1 压痕33-37
• 2.3.2 截面畸变37-40
• 2.4 小结40-41
• 第3章 型材弯曲基本工艺的数值模拟41-60
• 3.1 型材的多点成形弯曲工艺41-48
• 3.1.1 成形效果的对比方法41-43
• 3.1.2 整体模具与多点工艺的成形效果对比43-48
• 3.2 多道次渐进成形工艺48-49
• 3.2.1 技术特点48-49
• 3.2.2 有限元模型49
• 3.3 多道次渐进成形的影响因素49-54
• 3.3.1 变形路径50-51
• 3.3.2 变形次数51-54
• 3.4 型材多道次成形的成形效果54-59
• 3.5 小结59-60
• 第4章 型材的多点分段成形及数值模拟60-74
• 4.1 分段成形技术特点60-62
• 4.2 过渡区协调变形设计62-64
• 4.2.1 过渡区的曲率设计原则62-63
• 4.2.2 过渡区的曲面造型方法63-64
• 4.3 分段成形的数值模拟64-66
• 4.3.1 有限元模型64-65
• 4.3.2 成形曲面调形65
• 4.3.3 变形信息的传递65-66
• 4.4 型材分段成形的影响因素66-72
• 4.4.1 重叠区的影响66-67
• 4.4.2 过渡区宽度的影响67-68
• 4.4.3 弯曲半径的影响68-72
• 4.5 小结72-74
• 第5章 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：515503