变薄旋压工艺数值模拟及实验分析

论文摘要

旋压技术已经广泛应用于回转体工件的加工,例如车轮、灯罩、导弹外壳等。在生产过程中坯料易产生拉裂、起皮、鼓包等工艺缺陷,因此对旋压成形机理和变形规律的研究成为亟待解决的关键问题。本文建立了锥形件和车轮轮辐旋压成形的有限元模型,并采用ANSYS/LS-DYNA软件进行了数值模拟,结合实验研究了旋压变形机理,分析了工艺参数对成形过程和工件质量的影响。本文首先分析了旋压生产的工艺特点,基于塑性变形理论及有限元技术,采用ANSYS/LS-DYNA建立了旋压成形有限元模型。在建模过程中对比了体网格和面网格的优劣,利用旋轮轴、数组和坐标运算,解决了接触、旋轮运动轨迹描述等多个关键问题,并对运算过程中易出现的数据中断问题进行了调整。分别采取调整单元类型、增大变形体的刚度、增大部件之间的间隙等措施,改进了模拟中存在的负体积、穿透、网格畸变严重等问题。有限元模型的建立为之后对成形规律和工艺参数的研究奠定了基础。基于有限元模型,分别分析了锥形件和车轮轮辐旋压成形的变形特征和应力应变规律,并分析了工艺参数对旋压成形的影响。在锥形件旋压成形过程中,分析了应力应变对坯料中心孔及整体成形精度的影响、坯料内外表面应变差异；同时也分析了进给率、偏离率等工艺参数对应力应变及工件成形质量的影响,解释了起皮、拉裂等缺陷的产生原因。在车轮轮辐成形过程中,获得了应力应变的分布,分析了旋轮圆角半径、旋轮安装角和主轴转速等工艺参数对应力应变、壁厚及壁厚减薄率的影响,预测了过度减薄和开裂等缺陷易产生的位置。最后根据模拟结果进行了实验验证,利用优化后的工艺参数,得到了质量良好的工件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 旋压工艺概述
• 1.3 旋压技术的研究现状
• 1.4 本课题的研究目的与意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.6 有限元模拟的关键技术问题
• 2 变薄旋压成形工艺及有限元理论
• 2.1 引言
• 2.2 变薄旋压成形的基本理论
• 2.3 塑性变形理论
• 2.4 本章小结
• 3 旋压成形有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA软件简介
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 锥形件三维变薄旋压的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 成形过程有限元建模
• 4.3 应力应变分析
• 4.4 工艺参数对成形过程的影响
• 4.5 本章小结
• 5 车轮轮辐旋压成形的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.3 应力应变规律
• 5.4 工艺参数对成形过程的影响
• 5.5 模拟过程中的难点及解决措施
• 5.6 本章小结
• 6 锥形件和车轮轮辐旋压的实验
• 6.1 引言
• 6.2 锥形件旋压成形实验
• 6.3 车轮轮辐旋压成形实验
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况