板带不均匀压下面内弯曲成形装置参数的研究

论文摘要

板带不均匀压下面内弯曲成形过程,利用材料不均匀塑性变形而实现弯曲成形,能够发展成为一种先进塑性成形技术。板带不均匀压下面内弯曲成形装置与成形直接关联的参数的效应和优化问题,是板带不均匀压下面内弯曲成形过程研究与发展中的重要基础问题。为此,本文从力能参数、失稳起皱和成形极限出发,采用理论解析、有限元数值模拟和实验研究相结合的方法进行了系统研究,主要研究内容和结果如下: 建立了轧制力矩的新算法,并结合刚塑性有限元数值模拟系统IBS进行数值模拟,通过与实验结果比较表明,新建立的轧制力矩算法是可靠的。 结合轧制力矩新算法进行数值模拟,揭示了锥顶角和锥辊转速对力能参数的影响规律,结果表明:锥顶角对总轧制力、轧制力矩和平均轧制力的影响都呈先减小后增大的变化趋势,在锥顶角为60°时达到最小值;锥辊转速对总轧制力、平均轧制力和轧制力矩的影响相似,都大体呈波浪状变化,且变化幅度不大。在转速为40转/min时,总轧制力、平均轧制力和轧制力矩均达到最小值。 采用IBS系统数值模拟研究了锥顶角和转速与成形过程稳定性的关系,结果表明:随着锥顶角的逐渐增大,先易稳定成形后易产生内缘起皱。失稳起皱的最主要的影响因素是相对压下宽度;相对压下厚度、强化系数和硬化指数是次要的影响因素:锥顶角对起皱的影响较小;转速对起皱的影响很小。 成形极限是成形过程及其装置参数优化设计与精确控制的基础。为此,本文修正了已有的板带不均匀压下面内弯曲过程成形极限的概念;提出了基于数值模拟系统IBS与统一的内外缘起皱预测准则的定量确定成形极限的方法,试验结果表明该方法是可靠的。 利用数值模拟系统IBS进行虚拟正交试验,结果表明:最小弯曲半径的最主要影响因素是实际加载楔角,其次是相对压下厚度,然后是锥顶角和转速。锥顶角60度,锥辊转速40转/min是最佳组合。 本文的研究结果为成形装置的改进提供了理论依据,对发展板带面内弯曲成形技术具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文的主要创新与贡献
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2文献综述
• 1.2.1 先进塑性加工技术的发展趋势和研究方法
• 1.2.2 板带不均匀压下面内弯曲成形的国内外研究现状
• 1.2.3 板带不均匀压下面内弯曲过程力能参数的研究现状
• 1.2.4 板带不均匀压下面内弯曲过程失稳起皱的研究现状
• 1.2.5 板带不均匀压下面内弯曲成形装置的研究现状
• 1.3本文选题的背景与意义
• 1.4本文的主要研究内容
• 第二章 板带不均匀压下面内弯曲成形的基本理论及研究方法
• 2.1 引言
• 2.2 板带不均匀压下面内弯曲过程的基本理论
• 2.2.1 成形过程
• 2.2.2 变形区的几何模型
• 2.2.3 变形协调机理
• 2.3 成形过程的试验研究方法
• 2.3.1 成形装置及其关键参数
• 2.3.2 实验材料
• 2.3.3 测量方法
• 2.4 成形过程的刚塑性有限元研究方法
• 2.4.1 刚塑性有限元法的基本理论
• 2.4.2 刚塑性有限元的求解方法
• 2.4.3 不均匀压下面内弯曲过程刚塑性有限元模型的建立
• 2.5 正交试验设计方法
• 2.5.1 正交设计的特点
• 2.5.2 正交试验设计的步骤
• 2.5.3 正交表的极差分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 板带不均匀压下面内弯曲成形装置参数对力能参数的影响
• 3.1 引言
• 3.2 力能参数的计算方法
• 3.2.1 总轧制力和平均轧制力的计算方法
• 3.2.2 轧制力矩的新算法
• 3.2.3 数值模拟结果与试验结果的对比
• 3.3 成形装置参数对力能参数的影响
• 3.3.1 锥顶角α对力能参数的影响规律
• 3.3.2 转速对力能参数的影响规律
• 3.4 本章小结
• 第四章 成形装置参数对失稳起皱的影响
• 4.1 引言
• 4.2 统一的内外缘起皱预测准则
• 4.3 成形装置参数对起皱的影响
• 4.3.1 锥顶角对起皱的影响规律
• 4.3.2 锥辊转速对起皱的影响规律
• 4.4 成形装置参数与工艺参数对起皱的影响
• 4.4.1 方案设计
• 4.4.2 正交试验设计在本虚拟试验中的应用
• 4.4.3 结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 板带不均匀压下面内弯曲成形极限及装置参数优化的研究
• 5.1 引言
• 5.2 成形极限的确定
• 5.2.1 已有的成形极限概念及其修正
• 5.2.2 基于成形极限的成形可行性分析及成形极限的确定方法
• 5.2.3 数值模拟结果与实验结果的对比
• 5.3 成形装置参数优化
• 5.3.1 正交试验设计在本研究中的应用
• 5.3.2 结果与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢