大尺寸薄壁管材滚珠旋压成形研究

论文摘要

现代旋压是一种先进的金属塑性加工技术,在航天、航空、军工等领域中得到了日益广泛的应用。然而实际生产中影响产品质量的因素很多,各参数之间的合理搭配需要人员反复摸索调试,有限元数值模拟技术可改善这一过程。本文采用数值模拟方法和实验技术对薄壁管材滚珠旋压成形工艺展开了研究,论文主要结果如下：（1）基于DEFORM-3D有限元平台,建立了滚珠旋压过程的有限元模型,分析了工艺参数如减薄率、轴向进给比和滚珠工作角对成形质量的影响规律,经过理论和实验参数对比分析,获得了合理的旋压工艺参数：减薄率Ψt=25-30%,轴向进给比f=0.5～1.0mm/r,滚珠工作角20°左右。（2）对大直径（300mm）GH4169管材滚珠旋压成形过程进行了研究,分析了旋压过程中金属的流动规律。通过模拟多道次旋压成形过程,分析了各道次工艺参数对成形效果的影响,探讨了成形的可能性。就轴向进给比、滚珠直径和减薄率对大直径管材成形的影响进行数值分析,得到了一定结果。（3）对管材滚珠旋压力进行了理论计算,分析接触变形力条件,推导出接触变形压力计算公式,确定了管材滚珠旋压力理论计算物理模型,并比较分析了数值模拟结果和物理模型计算结果的差异,给出该旋压力计算模型的应用范围。（4）完成了GZ300型号的管材滚珠旋压机设计工作,设计主要部件包括旋压机油缸设计、电动机及带传动和整体模具设计。确定了旋压机的主要参数,其中包括旋压机压力机最大行程,工件最大直径,工件最大长度,工件最大壁厚等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 旋压技术概况
• 1.2.1 国内外旋压技术的发展
• 1.2.2 旋压工艺的原理
• 1.3 旋压工艺优点及分类
• 1.3.1 旋压工艺主要优点
• 1.3.2 旋压工艺的分类
• 1.4 滚珠旋压工艺及特点
• 1.5 旋压过程的数值模拟研究
• 1.5.1 塑性成形过程模拟方法的发展
• 1.5.2 旋压过程的有限元数值模拟
• 1.5.3 旋压模拟软件简介
• 1.6 选题的背景和意义
• 1.7 本课题的主要研究内容
• 第2章 薄壁管材滚珠旋压模拟及实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 滚珠旋压有限元模型的建立
• 2.2.1 材料模型的建立
• 2.2.2 几何模型的导入和离散化
• 2.2.3 接触条件的确定
• 2.2.4 物体摩擦的处理
• 2.2.5 模拟运动的处理
• 2.3 薄壁管材滚珠旋压模拟
• 2.3.1 模拟中金属流动规律
• 2.3.2 减薄率对旋压成形的影响
• 2.3.3 进给比对旋压成形的影响
• 2.3.4 滚珠工作角对旋压成形的影响
• 2.4 薄壁管材滚珠旋压实验研究
• 2.4.1 旋压工艺路线和工艺设计流程
• 2.4.2 实验坯料材料
• 2.4.3 实验设备与模具
• 2.4.4 进给比和减薄率对胀径量的影响
• 2.4.5 实验结果与模拟结果对比分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 大直径管材滚珠旋压成形研究
• 3.1 引言
• 3.2 大直径管材滚珠旋压有限元模型建立
• 3.3 旋压过程中的金属流动规律分析
• 3.4 多道次滚珠旋压工艺分析
• 3.4.1 多道次滚珠旋压技术
• 3.4.2 多道次滚珠旋压模拟
• 3.5 工艺参数对大直径管材旋压成形的影响
• 3.5.1 轴向进给比对等效应变的影响
• 3.5.2 滚珠直径对等效应变的影响
• 3.5.3 减薄率对成形效果的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 管材滚珠旋压力计算
• 4.1 引言
• 4.2 分析计算接触变形力条件
• 4.3 计算单元接触变形压力
• 4.4 模拟结果与计算结果对比分析
• 4.4.1 计算结果与模拟结果
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 GZ300管材滚珠旋压机设计
• 5.1 引言
• 5.2 旋压机油缸设计
• 5.2.1 油缸设计
• 5.2.2 油缸模型的建立
• 5.2.3 进给箱的设计
• 5.3 旋压机电动机的选择和带传动设计
• 5.3.1 计算设计功率和初选带的型号
• 5.3.2 确定带轮的基准直径
• 5.3.3 确定中心距和带的基准长度
• 5.3.4 验算包角和带的根数
• 5.3.5 确定初拉力和带对轴的压力
• 5.4 旋压机模具设计
• 5.4.1 芯模设计
• 5.4.2 滚珠工作结构设计
• 5.4.3 机床的运动过程
• 5.4.4 主要结构尺寸
• 5.5 基本参数确定
• 5.5.1 工作负载与液压缸推动力
• 5.5.2 工作速度
• 5.5.3 主要结构尺寸
• 5.5.4 校核
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录
• A 旋压机结果图
• B 下模座板图
• C 中间板图
• D 导柱导套图
• E 立柱图
• F 上滚珠压板图
• G 顶板图
• H 下滚珠压板图