论文摘要
环形件作为密封和紧固连接件,在石油化工、管道连接,以及航天航空工业中应用十分广泛。传统的环件生产方式是直接采用钢板切割、锻造、碾压、轧制等工艺方法制造环形件毛坯,然后经过冷态切削加工生产最终产品。上述方法在制造环形件时都是采用整体加工,不但材料消耗大、成本高、生产率低,且只能加工小型环形件。现在的大型环形件多采用矩形截面钢坯经过弯曲形成若干个弧段,经退火消除残余应力,再拼成整圆用立车加工型槽,最后运到现场焊接成形并进行精加工。这种加工方法的主要缺点是需要使用大型立车加工环形件截面形状,不但加工成本高,而且当环形件直径超过国内立车设备加工能力时也是无法加工的。本文提出了大型环形件弯曲成形的新工艺,其过程为先在方坯上加工型面,经弯曲形成若干个弧段,最后运输到现场组装焊接并进行精加工。此方法生产环形件可以使用刨床加工型面,不但省去了大型立车加工的昂贵费用,而且能加工超大型环形件。本文阐述了对称截面和异形截面环形件弯曲成形的工艺过程和缺陷控制方法。通过有限元分析和实验相结合的方法对环形件弯曲成形进行研究。有限元分析采用软件ABAQUS,分析了矩形截面、L形截面和E型截面的坯料弯曲成形过程。对矩形截面,研究了进给量、下压次数对曲率分布的影响并给出曲率半径的补偿方法,对L形截面坯料,研究了应力和应变的分布及变化、中性层移(转)动、不对称度对侧弯的影响及侧弯机理分析;对E形截面坯料,研究了应力和应变的分布及变化、中性层移(转)动、不同对称方式对坯料截面形状变化的影响。实验研究采用了矩形截面、L形截面和E形截面三种坯料,进行了不同进给量、下压次数、弯曲半径及不同对称方式的弯曲实验,得出了与有限元分析结果一致的结论。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 弹塑性弯曲工程理论及数学理论研究的发展过程1.3 弹塑性有限元方法的发展及其在弯曲成形中的应用1.4 环形件的传统制造工艺1.5 超大型环形件制造新工艺1.6 课题来源及研究的目的和意义第2章 对称截面环形件弹塑性弯曲成形工艺的数值分析及优化2.1 引言2.2 逐步弯曲成形的工艺过程2.3 弯曲成形力估算公式2.4 对称截面环形件弯曲数值模拟模型和计算方案2.4.1 ABAQUS软件简介2.4.2 模型和材料2.4.3 接触定义、边界条件和分析步设定2.4.4 网格划分及单元类型选择2.4.5 回弹计算2.4.6 模拟计算方案2.6 弯曲过程中应力、应变分布及变化规律2.7 进给量对成形件曲率半径的影响2.8 下压次数对曲率分布的影响2.9 坯料截面尺寸变化规律及坯料截面形状预设计2.9.1 相对弯曲半径和宽高比对截面尺寸变化的影响规律2.9.2 弯曲坯料截面形状预设计2.10 弯曲后整个工件曲率半径偏小的原因分析及补偿措施2.11 进给导向误差对弯曲件成形质量的影响2.12 本章小结第3章 对称截面环形件弯曲实验研究3.1 引言3.2 对称截面环形件弯曲实验设备和实验方案3.2.1 实验设备与坯料3.2.2 实验模具3.2.3 测量方法3.2.4 实验方案3.3 对称截面环形件弯曲实验结果分析3.3.1 进给量对弯曲工件最终曲率半径的影响3.3.2 相对弯曲半径对截面宽度变化的影响3.3.3 宽高比对截面宽度变化的影响3.3.4 下压次数对弯曲工件最终曲率半径的影响3.4 本章小结第4章 异形截面环形件弹塑性弯曲数值分析及成形缺陷研究4.1 引言4.2 异形截面环形件弹塑性弯曲的特点4.3 异形截面环形件弯曲数值模拟方案4.3.1 不对称度对侧弯的影响4.3.2 E形截面坯料弯曲4.4 异形截面环形件弯曲应力、应变分布及变化规律4.5 异形截面环形件弯曲侧弯的形成机理及影响因素4.5.1 侧弯的形成机理4.5.2 不对称度对侧弯的影响4.6 异形截面坯料弯曲加工中消除侧弯的措施4.6.1 直接施加反向弯矩消除侧弯4.6.2 用对称弯曲方式施加约束消除侧弯4.6.3 不同的对称方式对截面形状及型槽尺寸变化的影响4.7 本章小结第5章 异形截面环形件弹塑性弯曲的实验研究5.1 引言5.2 异形截面环形件弹塑性弯曲的实验方案5.3 异形截面环形件弹塑性弯曲实验结果分析5.3.1 不对称度对侧弯的影响5.3.2 相对弯曲半径与相对侧弯量间的关系5.3.3 对称方式对截面形状和型槽尺寸变化的影响5.3.4 相对弯曲半径对截面形状和型槽尺寸变化的影响5.4 本章小结结论参考文献致谢
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