冷拉伸滚压加工工艺研究及数值仿真

论文摘要

本文阐述了一种新的塑性成形方法——“冷拉伸滚压”成形技术。该技术是在常温条件下,对台阶轴、杆状零件径向滚压的基础上,辅之以轴向拉伸,以“拉伸-滚压”复合加载方式,实现零件的塑性成形。冷拉伸滚压是一个复合工艺参数的加工过程,材料的综合性能与工艺参数密切相关,而且每个工艺参数之间也有着密切的联系。所以有必要对冷拉伸滚压设备加工工艺参数进行深刻的分析,整理和完善零件既能成形又能提高材料性能的工艺参数。本文的主要内容如下:阐述了冷拉伸滚压成形装备样机总体结构和各部分功能;阐述了基于LS-DYNA下冷拉伸滚压仿真的理论基础;用有限元数值模拟冷拉伸滚压整个成形过程,分析材料变形过程中的应力、应变状态,分析其内部现象、滚压力,模拟在小拉力情况下加工过程的滚压力,为以后改进设备提供可靠的工艺试验参数;对冷拉伸滚压设备加工过程及工艺参数进行了研究。研究表明,用有限元模拟冷拉伸滚压的成形过程的滚压力与实际滚压力进行对比,说明了有限元仿真的可靠性,从而避免了为后期改型设备工艺参数的设定的盲目性;应变、应力最大值随加工时间的变化逐渐过渡到材料中心处;冷拉伸滚压成的辅助拉力对材料的性能影响不大,材料成形后表面质量,粗糙度比传统加工成倍提高。冷拉伸滚压成形技术有可能作为一种通用性的塑性加工成形方法加以推广应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及国内外研究情况
• 1.2 滚压拉伸塑性变形原理
• 1.3 研究内容
• 第二章 冷拉伸滚压设备阐述
• 2.1 设备研制过程
• 2.2 冷拉伸滚压成型装备总体结构及功能阐述
• 2.2.1 冷拉伸总体结构
• 2.2.2 辅助拉伸加载系统功能原理阐述
• 2.2.3 径向加压系统结构原理
• 2.2.4 滚压轮驱动系统
• 2.3 控制系统介绍
• 2.3.1 主控制系统部分
• 2.3.2 拉伸电、液伺服系统部分
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于LS-DYNA下冷拉伸滚压仿真理论
• 3.1 CAE技术及其发展
• 3.2 LS—DYNA功能简介
• 3.3 LS-DYNA程序算法基础
• 3.3.1 控制方程及空间有限元离散化
• 3.3.2 单元计算的单点高斯积分和沙漏控制
• 3.3.3 时间积分和时间步长控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 LS-DYNA有限元模拟分析
• 4.1 概述
• 4.2 实体模型建立及分析
• 4.2.1 模型前处理
• 4.2.2 建模过程主要相关系数的设定
• 4.2.2.1 摩擦系数及其接触对定义
• 4.2.2.2 沙漏控制
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.3.1 无拉力工艺参数下仿真分析
• 4.3.2 拉力工艺参数下仿真分析
• 4.3.3 静拉力和拉力情况下对比分析
• 4.3.4 与实验分析对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 冷拉伸滚压加工过程分析
• 5.1 概述
• 5.2 分析液压方向拉力和滚压力的关系
• 5.2.1 材料加工过程左右两边滚压力的误差分析
• 5.2.2 拉力和滚压力的关系曲线
• 5.3 研究工件每转进给量和主电机、进给电机转矩的关系
• 5.4 液压方向拉力和材料性能的关系
• 5.5 表面质量分析及表面粗糙度与加工之前的比较
• 5.6 加工前后材料晶象组织情况的对比
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录