管材冲切变形过程的研究

论文摘要

管结构具有强度、刚度高以及节省材料、外形美观、成形加工性好的特点,应用十分广泛。在汽车、摩托车上,管材是除板材外使用最多的一类型材。以管材为坯料进行各种加工以得到制件,称为管材的二次加工,简称管材加工。塑性加工是管材加工的主要方法之一,它是对传统塑性成形技术的重要扩展与提高,可以满足产品轻量化、强韧化和低耗高效、精确制造等方面的要求。冲切是塑性成形的重要内容之一。但由于管结构的特殊性,采用传统的冲切方式往往在模具结构和管断面变形控制方面遇到困难,容易出现管壁塌陷、截面畸变等严重影响成形质量的问题,难以得到复杂的断面形状,有时甚至无法用冲压方法生产。关于管材各种冲切工艺参数对管壁塌陷的影响,目前尚未见完整、系统的研究。同板材成形一样,采用传统塑性力学的解析法求解管材塑性成形,已经很难得到有价值的结果。充分利用有限元数值模拟技术,将是管材塑性成形研究的重要发展方向。管壁塌陷是影响管材冲切质量的最大问题,本文重点对此进行了分析。针对管材平口剪断工艺和管材端头弧口冲切工艺,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对影响管壁塌陷的各工艺参数进行研究,得出了各工艺参数对管壁塌陷的影响,对一些参数进行了优化。通过对规律曲线进行拟合,得到了一些工艺参数对管壁塌陷的影响曲线方程,为提高成形质量提供了理论参考。为了管材冲切工艺模拟的顺利进行和提高计算精度,总结了运用DEFORM-3D对包含断裂的大变形过程进行模拟时要注意的一些问题,介绍了本文在这些方面的操作方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容、目的及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目的及意义
• 1.4 研究的可行性
• 2 金属剪切过程的理论
• 2.1 概述
• 2.2 剪切过程理论研究的解析方法
• 2.2.1 早期工作
• 2.2.2 应用滑移线场理论建立剪切过程力学模型
• 2.2.3 其他研究方法
• 2.3 韧性损伤理论
• 2.4 金属剪切过程的数值模拟
• 2.5 本章小结
• 3 管材冲切工艺
• 3.1 管材平口剪断
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 剪管工艺分析
• 3.1.3 剪切圆管的刀片设计
• 3.2 管材端头弧口冲切
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 管端弧口冲切工艺
• 3.2.3 优化和实际应用中的凹模截面形状
• 3.3 本章小结
• 4 管材平口剪断的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 断裂问题
• 4.3 有限元网格重划分
• 4.4 管材平口剪断的模拟分析
• 4.4.1 有限元模型的建立
• 4.4.2 模拟的剪断过程
• 4.4.3 模拟力——行程曲线
• 4.4.4 刀刃顶角α对管壁塌陷的影响
• 4.4.5 刀片厚度l 对管壁塌陷的影响
• 4.4.6 刀片进给速度v 对管壁塌陷的影响及优化
• 5 管材端头弧口冲切的数值模拟
• 5.1 有限元模型的建立
• 5.2 模拟结果及分析
• 5.2.1 模拟的冲切过程
• 5.2.2 模拟力——行程曲线
• 5.2.3 不同凸模α 角对管壁塌陷的影响及优化
• 5.2.4 不同凸模θ角对管壁塌陷的影响及优化
• 5.2.5 不同壁厚t 对管壁塌陷的影响
• 5.2.6 不同被切钢管材料对管壁塌陷的影响
• 5.2.7 摩擦对管壁塌陷的影响
• 5.2.8 不同管径d 对管壁塌陷的影响
• 5.2.9 管材的夹紧程度对管壁塌陷的影响
• 5.3 有限元模拟应注意的问题
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者攻读硕士学位期间发表的论文目录