翅片切削—挤压复合成形技术的数值模拟与仿真

论文摘要

翅片管作为强化传热的核心元件,在工业领域有广泛的应用。本文对采用切削-挤压成形方法加工的翅片管的成形过程进行数值模拟和实验研究,探索翅片管的成形机理及翅片成形过程中的应力应变分布状态,以及加工过程中的切削力变化规律,对完善这一技术具有重要的意义。在讨论有限元基本原理和刚塑性成形理论的基础上,分析了切削-挤压成形分析过程中刀具和工件的作用关系,建立了有限元模型;采用Deform-3D有限元分析软件,对翅片形成过程的应力应变状态进行了模拟仿真,获得了翅片结构形状、应力应变的分布规律,以及刀具的受力状态。在成形过程分析的基础上,对刀具几何参数和加工工艺参数对翅片形状尺寸参数的影响规律进行了分析,通过单目标和多目标相结合的方法,借助有限元仿真,获得了上述工艺参数对翅片尺寸的影响规律,对实际应用有一定的参考价值。在CA6140车床上,对切削-挤压复合成形过程进行了系统的实验。论证了翅片几何参数与刀具及工艺参数的关系,以及加工过程中切削-挤压力的变化规律。理论研究和实验对比分析表明,仿真结果与实验结果的规律一致,相互吻合程度极高,证明了理论模型和仿真过程的正确性,说明可以通过仿真获得较为可靠的结果,这为实际应用提供了一条有效的参考选择途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 翅片管及其加工方法
• 1.3 切削加工过程的有限元分析
• 1.4 课题来源及其研究意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 切削—挤压成形及有限元法的基本理论
• 2.1 金属切削变形原理
• 2.1.1 金属切削层变形
• 2.1.2 切屑变形规律
• 2.1.3 刀具与接触表面的挤压和摩擦
• 2.2 塑性变形理论基础
• 2.2.1 弹性变形和塑性概念
• 2.2.2 应力与应变的基本理论
• 2.2.3 屈服准则
• 2.2.4 应力与应变的关系
• 2.3 有限元分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于 Deform的刚塑性有限元模型分析
• 3.1 Deform简介
• 3.1.1 Deform软件的特点与组成
• 3.1.2 Deform模拟成形的基本原理和求解步骤
• 3.2 材料的流动应力
• 3.3 刚塑性有限元理论
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 塑性力学基本方程
• 3.3.3 变分法有限元方程
• 3.3.4 求解有限元方程
• 3.4 本章小结
• 4 翅片切削-挤压模型的建立
• 4.1 加工原理简介
• 4.1.1 切削挤压加工原理
• 4.1.2 翅片成形过程的阶段和特点
• 4.2 前处理模型的建立
• 4.2.1 几何模型建立
• 4.2.2 模型网格划分
• 4.2.3 工件的材料模型
• 4.2.4 设置初始作用场及边界条件
• 4.2.5 接触及其它相关设置
• 4.2.6 生成前处理数据库文件
• 4.3 建模过程中的关键理论问题
• 4.3.1 摩擦模型
• 4.3.2 分离标准
• 4.3.3 单元网格的畸变
• 4.4 本章小结
• 5 翅片切削-挤压成形过程的仿真
• 5.1 翅片成形过程
• 5.2 应力应变分析
• 5.3 切削力分析
• 5.3.1 切削力有限元仿真
• 5.3.2 板式翅片
• 5.4 刀具受力分析
• 5.5 本章小结
• 6 翅片切削-挤压成形过程实验的研究
• 6.1 切削力实验
• 6.2 翅片外形比较
• 6.2.1 仿真与实验翅片对照
• 6.2.2 切削用量对翅片尺寸的影响
• 6.2.3 翅高翅厚对照
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文