空心叶片中复杂曲面的回弹控制与补偿研究

论文摘要

板料冲压成形在很多行业有广泛的应用，其过程中所产生的成形缺陷主要有起皱、破裂和回弹三种类型，回弹是近些年来研究最多的问题，也是研究的难点问题，它严重影响了板料成形零件的形状和尺寸精度。目前，生产过程中通常采用反复修整模具、试模的方式来确定模具型面的形状，但如此反反复复修模、试模效率太低、时间周期长、成本高，特别是复杂曲线类的零件，修模时间太长，不适合现代模具快速设计与生产制造。计算机有限元技术与数值模拟的发展，可以让研究者能准确预测到回弹量并且对回弹进行相应的补偿，使得修模与试模可以在计算机辅助下进行虚拟的修模与试模，这样大大减小了修模、试模过程所需时间，从而降低模具生产制造成本，缩短新模具的设计研发周期。本文针对汽轮机叶片中空心叶片的冲压模具模面的设计，利用CAE薄板冲压成形分析软件Dynaform，对空心叶片冲压成形进行了相应的冲压成形模拟及其成形质量进行分析、回弹模拟及对模面进行补偿。文章的主要研究内容如下：首先对冲压模具系统中影响回弹量大小的工艺参数进行正交化试验分析，优化工艺参数，寻求叶片冲压成形质量最优及冲压回弹量的最小。文章对比分析了有压边力模型与自由弯曲成形两种情况下的成形效果。得出叶片的成形是浅弯曲拉伸成形，两种模型成形后的质量基本没有差别，所以文章中叶片的成形方式采用的自由弯曲成形。冲压工艺参数优化确定后，在优化条件下进行仿真模拟后再对冲压成形模拟的结果进行分析，主要通过其成形极限图、应力云图、材料减薄量等来分析叶片成形过程中会出现的成形缺陷及成形后的零件能否满足刚度使用要求，在浅拉伸自由冲压弯曲成形状态下，叶片成形基本不会出现拉裂缺陷的情况，材料堆积的现象或者是起皱有可能会出现在其中。分析好上述内容后，对零件的回弹大小需要进行计算，在Dynaform后处理模块中，可以看出截线上回弹量的分布情况，然后对模具模面进行补偿，使其在卸载回弹后的零件形状符合设计要求，补偿的方法采用软件补偿与节点增量补偿结合的方式来进行。实例测量零件形状，采用关节臂类型的三坐标测量仪，对比标准件，测量叶片的回弹量的大小。文章最后对补偿后的叶片模具模面在三维造型软件UG中进行参数化设计，使用参数化设计的目的是能够快速的对模具进行三维造型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外冲压回弹理论研究现状
• 1.2.1 理论计算法
• 1.2.2 回弹分析实验法
• 1.2.3 数值模拟方法
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 板料冲压成形有限元理论
• 2.1 应变张量
• 2.2 应力张量
• 2.3 板料冲压成形 CAE 分析的关键技术
• 2.3.1 各向异性屈服准则的运用
• 2.3.2 有限元网格划分
• 2.3.3 单元类型的选择
• 2.3.4 边界条件的处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 板料冲压成形工艺参数优化
• 3.1 工艺参数的影响趋势
• 3.2 CAE 分析有限元算法
• 3.2.1 有限元动力显式算法
• 3.2.2 回弹静力隐式算法
• 3.3 正交试验研究
• 3.3.1 叶片的建模与成形模拟
• 3.3.2 叶片的冲压回弹模拟
• 3.3.3 基于 DYNAFORM 的叶片回弹及正交方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 叶片成形分析及回弹补偿
• 4.1 板料成形缺陷
• 4.2 成形结果与回弹补偿分析
• 4.2.1 成形结果分析
• 4.2.2 数值模拟回弹补偿
• 4.2.3 手动补偿方法分析
• 4.2.4 叶片测量实例
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于回弹分析的空心叶片冲压模具设计
• 5.1 引言
• 5.2 补偿后模面的输出
• 5.3 建立凹凸模的三维模型
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.1.1 主要完成的任务
• 6.1.2 主要创新点
• 6.1.3 存在的问题
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文