薄板深孔加工热力行为模拟分析

论文摘要

传统对薄板加工孔都是采用钻削法,将孔位置的金属切削掉,得到孔的深度恰好和所加工板的深度相等。这些孔在某些安装定位情况下不足以提供可靠的支撑,常常需要焊接螺母或者在孔中加套衬的方法来解决这一问题,这种方法不但造成了材料资源的浪费,而且工艺繁琐。本文利用加工孔位置处的材料发生塑性变形直接加工出比板厚深的孔,在加工过程中利用钻头旋转摩擦生热—旋压—拉穿—成孔,得到金属的流线分布合理、机械性能好的绿色加工薄板深孔件。随着计算机有限元的发展,计算机有限元软件分析问题已经成为一种重要的科学研究手段,越来越广泛地应用到机械加工领域中来,本文在总结前人的基础上,对薄板深孔加工热力行为进行有限元模拟分析做了以下工作:系统底利用有限元动力学分析软件LS-DYNA对旋转摩擦生热和孔成形进行有限元分析,排除了二维建模分析,确立了三维建模进行有限元分析;针对两种主要形状钻头进行摩擦生热研究,详细分析了在不同转速与不同钻头情况下的薄板热变化,得到温度上升趋势规律;由经典摩擦生热公式推导出旋转摩擦温度上升数学模型公式,用数学公式对CAE得到的温度上的规律进行计算验证;观察薄板各个部分等效应力变化,利用有关屈服极限变化的第四强度理论和CAE等效应力云图结合来研究薄板的各个部分的屈服极限的变化;通过CAE得到的摩擦阻力分析结果来计算摩擦扭矩大小,有效地避免了钻头的折断情况的发生;对两种钻头加工下的薄板进行受力分析,通过对比优化选出合理的球面钻头进行孔成形部分的有限元分析;观察球面钻头在孔加工变形的过程中薄板的力的分布变化,分析并得到了相关的摩擦力、压力等变化原因,为实验加工提供了大量的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 孔加工方法背景
• 1.2 课题国内外研究现状
• 1.2.1 本课题薄板成孔涉及的加工方法
• 1.2.2 摩擦热CAE国内外研究现状
• 1.2.3 旋压相关技术国内外研究现状
• 1.3 课题来源及本文研究意义
• 1.4 本课题研究内容与方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第2章 成孔温度影响因素研究
• 2.1 引言
• 2.2 关于课题热传递理论研究
• 2.3 确定所加工薄板温度范围
• 2.4 加工摩擦系数
• 2.4.1 加工钻头对摩擦系数的影响
• 2.4.2 环境对摩擦系数的影响
• 2.5 LS-DYNA的选定
• 2.5.1 选择LS-DYNA
• 2.5.2 LS-DYNA涉及课题的热力条件
• 2.5.3 LS-DYNA热力耦合流程
• 2.6 本章小结
• 第3章 动态仿真有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 旋转摩擦生热二维有限元分析
• 3.2.1 薄板材料的基本性能
• 3.2.2 材料模型的建立
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 施加约束以及加载求解
• 3.2.5 对比试验
• 3.3 旋转摩擦生热三维有限元仿真
• 3.3.1 材料单元
• 3.3.2 材料模型
• 3.3.3 建模及网格划分
• 3.3.4 接触
• 3.3.5 载荷条件
• 3.3.6 求解控制
• 3.3.7 旋转问题及解决方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真结果分析及展望
• 4.1 摩擦生热温度CAE研究
• 4.1.1 旋转摩擦热数学模型
• 4.1.2 同一钻头不同转速温度的对比
• 4.1.3 两种钻头同一转速温度对比
• 4.1.4 纵向温度变化
• 4.2 摩擦生热力学CAE结果分析
• 4.2.1 两种钻头薄板受力情况分析
• 4.2.2 等效应力
• 4.2.3 摩擦扭矩
• 4.3 薄板深孔成形力的分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢