薄壁锥形件一次拉深成形极限条件研究

论文摘要

板金成形在汽车、机车车辆、飞机、仪表等制造业中,有着广泛的应用。板金成形中,塑性拉伸失稳和压缩失稳是两种常见的破坏方式,探索两种破坏方式的规律是制定板金成形工艺、设计模具的基础。薄壁锥形件拉深成形中,既有拉伸失稳破坏,又有压缩失稳破坏,掌握薄壁锥形件拉深的工艺准则和破坏机理,对研究其它复杂零件的拉深成形以及大型覆盖件的拉深成形都有许多可借鉴之处。因此国内外学者都十分重视对薄壁锥形件拉深成形规律的研究。本文从以下几个方面对薄壁锥形件拉深进一步研究。一.利用解析方法,分析计算了锥形件拉深过程,锥壁上各点的靠模位移和应变,计算表明变形初位于凹模口处的材料具有最大悬空位移。将凹模口处的毛坯环称为关键环。根据关键环受外压的变形情况,建立了临界相对厚度的概念和其计算公式。以临界相对厚度将锥形件拉深分为厚壁锥形零件和薄壁锥形零件的拉深。由于薄壁锥形件与厚壁锥形件在拉深工艺、模具结构上都有很大差异。论文对薄壁锥形件拉深成形进行了深入分析。二、薄壁锥形件拉深中法兰变形区、锥壁变形区是主要变形区。论文在考虑板材加工硬化的条件下,利用力法建立了薄壁锥形件拉深法兰和锥壁变形所需载荷的计算解析式。这些工作提供了法兰变形所需的力学条件。三、小端破裂是薄壁锥形件拉深成形最常见的失败方式。失败的主要原因之一是对小端材料的准确极限承载能力把握不够。为此,在考虑板材各向异性条件下,借助Swift分散性失稳理论,建立了小端圆角处极限承载能力的解析计算公式,该解析式也可以作为大型覆盖件的拉深成形的参考依据。四、在对薄壁锥形件拉深过程中靠模分析的基础上,利用薄板在板平面那难以承受压应力,锥壁纬向收缩靠经向拉伸的变形特点,根据薄壁锥形件小端危险面所能提供的最大经向拉应力,求得了薄壁圆锥形件拉深纬向无压缩失稳的最大相对拉深高度。五、论文在上述理论解析分析的基础上,又采用数值分析方法和试验研究方法,进一步研究了薄壁锥形件的拉深成形。数值分析结果、试验研究结果基本与理论解析分析结果相一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 拉深成形方法的研究与发展
• 1.3 圆锥形件的塑性成形方法
• 1.3.1 圆锥形件的成形特点与几何形状
• 1.3.2 圆锥形件的拉深成形方法
• 1.3.3 圆锥形件的特殊拉深成形方法
• 1.3.4 圆锥形件的旋压成形方法
• 1.4 圆锥形件一次拉深成形研究概况
• 1.4.1 圆锥形件一次拉深的成形机理
• 1.4.2 圆锥形件成形中毛坯的受力
• 1.4.3 圆锥形件成形中的缺陷
• 1.4.4 模具形式等对成形件形状的影晌
• 1.5 圆锥形件拉深成形极限的研究
• 1.5.1 圆锥形件拉深成形极限的概念和意义
• 1.5.2 圆锥形件的成形极限参数
• 1.5.3 圆锥形件的成形极限参数表达式
• 1.6 本文的研究内容
• 第2 章 锥形件拉深时侧壁变形位移的分析
• 2.1 侧壁上最大悬空位移点
• 2.2 关键环的压缩失稳分析
• 2.2.1 关键环临界压缩失稳载荷的计算
• 2.2.2 关键环临界压缩屈服载荷的计算
• 2.2.3 薄壁、厚壁锥形件的定义
• 2.3 临界相对厚度影响因素的讨论
• 2.3.1 瞬时屈服应力对临界相对厚度影响
• 2.3.2 塑性杨氏模量对临界相对厚度的影响
• 2.4 本章小节
• 第3 章 薄壁锥形件拉深的法兰变形条件研究
• 3.1 法兰变形区的应力分析
• 3.1.1 应变分析
• 3.1.2 法兰变形区的应力分布
• 3.1.3 拉深过程中径向与切向应力的变化规律
• 3.1.4 凹模圆角区的摩擦阻力
• 3.2 锥壁部分应力分析
• 3.2.1 锥壁部分变形分析
• 3.2.2 平衡微分方程
• 3.3 压边力的分析与计算
• 3.3.1 法兰起皱后波纹表面的数学模型
• 3.3.2 失稳时单波所需的压缩变形能量
• 3.3.3 失稳时单波所需之弯曲能
• 3.3.4 压边力
• 3.4 本章小结
• 第4 章 薄壁锥形件拉深小端破裂极限载荷计算
• 4.1 各向异性的塑性理论
• 4.1.1 Hill 各向异性屈服条件
• 4.1.2 本构方程
• 4.1.3 等效应力和等效应变
• 4.2 薄壁锥形件小端承载极限载荷的计算
• 4.2.1 小端圆角处力学模型的建立
• 4.2.2 平衡方程的建立
• 4.2.3 小端破裂极限载荷计算
• 4.3 本章小结
• 第5 章 薄壁锥形件的拉深极限成形条件
• 5.1 薄壁锥形件的拉深成形过程
• 5.2 侧壁无压缩失稳的拉深成形条件
• 5.2.1 经向应力与半径收缩量的关系
• 5.2.2 几何最大半径收缩量的计算
• 5.3 薄壁锥形件拉深的最大成形高度
• 5.3.1 大锥度薄壁锥形件的最大高度
• 5.3.2 小锥度薄壁锥形件的最大高度
• 5.4 小端无破裂的拉深成形条件
• 5.5 薄壁锥形件拉深成形条件
• 5.6 结果讨论
• 5.7 本章小结
• 第6 章 薄壁锥形件拉深成形的数值模拟
• 6.1 薄壁锥形件拉深成形的数值模拟理论
• 6.1.1 变形过程的物质描述和空间描述
• 6.1.2 有限变形中的应变张量
• 6.1.3 有限变形中的应力张量
• 6.1.4 有限变形中的应力变化率
• 6.1.5 本构方程
• 6.1.6 有限变形弹塑性拉格朗日有限元列式
• 6.2 薄壁锥形件拉深的数值计算
• 6.2.1 数值模拟的模型
• 6.2.2 数值模拟结果
• 6.2.3 计算结果分析
• 6.3 本章小结
• 第7 章 薄壁锥形件拉深的试验研究
• 7.1 试验研究内容
• 7.2 薄壁锥形件拉深成形条件试验
• 7.2.1 实验系统的结构和工作原理
• 7.2.2 实验材料和实验方法
• 7.2.3 实验方案和实验结果
• 7.2.4 实验误差分析
• 7.3 薄壁锥形件拉深成形条件试验的结果分析
• 7.4 薄壁锥形件小端极限承载能力试验
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 作者简介