圆管拉伸外翻成形过程力学分析及数值模拟

论文摘要

由管材翻转成形工艺制作的翻转管已在众多行业获得广泛的应用。随着科学技术的发展,翻转管的精度要求越来越高。拉伸翻管成形工艺能实现翻管零件的精密、高效制造,具有很好的应用前景。因此,拉伸翻管工艺具有重要的研究价值。本文回顾了翻管成形技术的国内外研究现状,介绍了管材外翻成形的主要几种工艺,并分别说明了各种成形工艺的优缺点,主要工艺参数的确定方法。采用旋转壳体的薄膜理论对圆管拉伸外翻形过程进行了力学分析,推导出了无加工硬化条件下的拉伸外翻成形力计算公式。研究了工艺参数对外翻成形力的影响规律、外翻变形过程中管坯厚度的变化规律。研究结果表明:①拉伸外翻半径对外翻成形力有较大的影响,且存在一最佳外翻半径,当拉伸外翻半径等于最佳外翻半径时,外翻成形力最小;②外翻成形力随着管坯半径的增大而减小,随管坯厚度的增大而增大;③拉伸外翻成形过程中,管坯厚度会减薄,且在卷曲角为180°时,管坯厚度减至最薄。运用有限元模拟软件DEFORM-2D对铝合金管和不锈钢管的拉伸外翻成形过程进行了数值模拟。揭示了拉伸外翻过程各阶段成形力变化规律、管坯材料的流动趋向、等效应力状态及变形状态。研究了管坯相对厚度对最佳拉伸凸模圆角半径的影响,管端法兰宽度和压边力对拉伸外翻成形的影响。数值模拟结果表明:①相对厚度越大,拉伸外翻成形时的最佳凸模圆角半径越小;②管端法兰宽度和压边力对拉伸外翻成形力的影响很小,但管端法兰宽度和压边力太小时,管端法兰会被拉入凹模,拉伸外翻成形失败;③拉外翻工艺可以实现不锈钢管的外翻成形,且有较高精度。依据理论和数值模拟研究的结果,制订了特定尺寸双壁管件的成形工艺,并设计了相关模具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 翻管技术的国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 管材外翻成形技术简介
• 2.1 管材外翻成形方式
• 2.2 外翻成形模
• 2.3 外翻成形的失稳形式
• 2.4 本章小结
• 3 拉伸外翻变形力学分析
• 3.1 轴对称旋转壳体的无矩理论
• 3.2 拉伸外翻变形力学分析
• 3.3 本章小结
• 4 拉伸外翻过程有限元分析
• 4.1 刚塑性有限元法
• 4.2 铝合金管管端法兰成形有限元模拟
• 4.3 铝合金管拉伸外翻成形有限元模拟
• 4.4 不锈钢管拉伸外翻成形有限元模拟
• 4.5 本章小结
• 5 双壁管件成形工艺及模具设计
• 5.1 工艺方案制定
• 5.2 管端法兰预成形
• 5.3 预成形管坯退火处理
• 5.4 拉伸外翻成形模设计
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 本文主要创新点及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ 攻读学位期间发表论文目录