挤压—弯曲一体化成型装置及对型材弯曲成形性能的影响

论文摘要

铝合金弯曲型材在汽车车身结构上的使用越来越广泛,符合汽车轻量化的要求,是汽车工业发展的重要方向之一。汽车车身减重在轿车轻量化进程中占有重要的地位。以弯曲型材为框架的汽车车身机构,既降低了自身的重量,又在汽车碰撞过程中更充分的吸收能量,提高了汽车的安全性。制造弯曲型材关键技术在于如何实现型材的高精度弯曲成形。目前世界各国主要生产弯曲型材的生产工艺还一直停留在分为挤压和弯曲两步的阶段。结合挤压-弯曲一体化成型理论,利用挤压-弯曲一体化成型技术,通过改造传统挤压机、增加弯曲装置,充分利用挤压余热和挤压机推力,可以实现挤压-弯曲一体化成型。通过计算机编程对挤压和弯曲设备进行控制,可以准备、方便的操作和记录相关数据。本文建立了型材挤压-弯曲一体化成型的力学计算模型,在仿真软件DEFORM-3D中建立仿真计算的有限元模型,分别计算并与实验测量数据对比,验证有限元仿真模型的准确性。通过仿真计算,研究弯曲机构中辊轮的不同参数对型材的挤压-弯曲一体化成型的影响,总结出辊轮直径的大小、外形和尺寸、辊轮的移动速度和轨迹对型材的挤压-弯曲一体化成型的影响规律,优化了辊轮的设计。利用仿真计算优化过的辊轮参数,设计、制造、安装了弯曲机构,经过调试后,可以实现型材的挤压-弯曲一体化成型,并与传统拉弯工艺生产出的弯曲型材做对比,新工艺避免传统弯曲工艺存在的型材外壁减薄破裂及截面畸变等成型缺陷,有效降低了型材弯曲成形后的回弹量,改善了型材的表面质量,减少了生产成本,缩短了生产时间,并可以提高弯曲型材的机械性能和性能的稳定性。证明了有限元方法可用于型材的挤压-弯曲一体化成型过程中的优化研究,对实际的弯曲型材生产过程有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 弯曲型材的现状
• 1.2 弯曲型材的传统加工工艺
• 1.2.1 型材的挤压加工的技术特点
• 1.2.2 型材挤压技术的发展和现状
• 1.3 型材弯曲成形工艺概况
• 1.3.1 型材弯曲过程中易产生的缺陷和问题
• 1.3.2 传统弯曲工艺
• 1.4 挤压-弯曲一体化成型工艺
• 1.5 有限元方法在挤压-弯曲一体化成型过程中的应用
• 1.5.1 成型过程的数值模拟方法
• 1.5.2 有限元方法在挤压-弯曲一体化成型工艺参数优化中的应用
• 1.5.3 模拟仿真有限元软件
• 1.6 本文的研究意义及主要内容
• 第2章 实验方法及实验内容
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 均匀化处理
• 2.2.2 挤压-弯曲一体化成型
• 2.3 测试分析
• 2.3.1 力学性能检测
• 2.3.2 显微组织结构分析
• 第3章 挤压-弯曲一体化成型仿真与建模原则
• 3.1 挤压-弯曲一体化成型过程的有限元仿真分析
• 3.1.1 几何模型的建立
• 3.1.2 DEFORM-3D 有限元模型的建立
• 3.1.3 有限元模型的建立和网格划分
• 3.1.4 边界条件和参数的设置
• 3.1.5 仿真计算中常见问题及其处理
• 3.2 型材弯曲的力学计算模型
• 3.2.1 简化和假设
• 3.2.2 弯曲力矩的计算
• 3.2.3 型材辊弯时中心层的挠曲线计算
• 3.3 力学计算与仿真结果对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 挤压-弯曲一体化设备的设计与优化
• 4.1 对传统挤压机的改造
• 4.1.1 对传统挤压机结构方面的改造
• 4.1.2 对传统挤压机控制方面的改造
• 4.2 弯曲设备的设计方案
• 4.2.1 设计方案一
• 4.2.2 设计方案二
• 4.4 辊轮参数的优化
• 4.4.1 辊轮直径的影响
• 4.4.2 辊轮形状尺寸的影响
• 4.4.3 辊轮移动速度的影响
• 4.4.4 辊轮移动轨迹的影响
• 4.5 实际制造的弯曲设备的结构和工作原理
• 4.6 弯曲装置控制介绍
• 4.7 本章小结
• 第5章 挤压-弯曲一体化成型工艺对铝合金弯曲型材组织性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 型材弯曲成型的形状的准确性
• 5.3 弯曲型材的表面质量
• 5.3.1 弯曲型材的表面光滑度
• 5.3.2 弯曲型材的表面开裂情况
• 5.4 弯曲型材截面变形情况
• 5.5 弯曲型材的机械性能
• 5.6 型材的金相组织和断口形貌观测
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文）