本文關(guān)鍵詞：高柔性拉伸成形工藝及其數(shù)值模擬研究

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【摘要】：蒙皮是飛機(jī)的外形零件，其表面光順度和形狀準(zhǔn)確度直接影響飛機(jī)的飛行性能，因此引起了對(duì)蒙皮制造質(zhì)量的關(guān)注。拉形機(jī)是飛機(jī)蒙皮成形的關(guān)鍵設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)使用的拉形機(jī)多從國(guó)外進(jìn)口，設(shè)備陳舊且造價(jià)較高，導(dǎo)致一般中小企業(yè)無(wú)法接受，并且在成形過(guò)程中存在板料貼模效果不理想、材料利用率低等缺陷；在成形大曲率或復(fù)雜曲率零件時(shí)，需要在成形過(guò)程中增設(shè)一步或多步熱處理工藝，導(dǎo)致成形效率較低且效果不理想。因此，開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、保證成形質(zhì)量的拉伸成形裝置具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值及國(guó)防意義。 高柔性拉伸成形是現(xiàn)代鈑金零件制造工藝的一種技術(shù)革新，致力于降低設(shè)備開(kāi)發(fā)費(fèi)用、提高工件成形質(zhì)量和節(jié)省制造成本。高柔性拉伸成形機(jī)變傳統(tǒng)拉伸成形設(shè)備的剛性位移加載為柔性力加載，使用通用液壓缸代替特制的液壓缸，實(shí)現(xiàn)板料變形與加載機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自協(xié)調(diào)，能夠在更均勻的應(yīng)力、應(yīng)變下實(shí)現(xiàn)曲面件的拉伸成形；在拉伸成形過(guò)程中使板料更容易與模具貼合，減小拉伸成形件的工藝余量、降低制造成本，同時(shí)提高成形質(zhì)量。 近年來(lái)，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的不斷完善和計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬已成為一些企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的重要手段。采用有限元分析軟件對(duì)高柔性拉伸成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，可以全面地了解板材在成形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變變化，預(yù)測(cè)成形缺陷，然后進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。本文采用數(shù)值模擬分析了高柔性拉伸成形中過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度、拉力加載路徑對(duì)成形結(jié)果的影響；研究了使用多點(diǎn)模具高柔性拉伸成形時(shí)彈性墊硬度、層數(shù)及摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響；針對(duì)高柔性拉伸成形中存在的起皺缺陷提出了漸變型面拉伸成形工藝，并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： 1．高柔性拉伸成形原理、成形過(guò)程力學(xué)及自適應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程研究 分析傳統(tǒng)拉伸成形原理及工藝特點(diǎn)，指出板料貼模度差和材料利用率低是影響傳統(tǒng)拉伸成形應(yīng)用范圍的兩大局限因素；詳細(xì)探討高柔性拉伸成形原理、設(shè)備構(gòu)成及特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及前景；探討高柔性拉伸成形力學(xué)過(guò)程，分析成形過(guò)程中板料厚度截面的應(yīng)力應(yīng)變演化過(guò)程；分析高柔性拉伸成形過(guò)程的自適應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程，指出使用彈性連接元件不僅能夠有效改善板料在夾料機(jī)構(gòu)鉗口前端的流動(dòng)狀態(tài)、降低板料撕裂的可能性，還能夠驅(qū)使各離散夾料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)橫向擺動(dòng)制約、促使板料邊緣部位與模具貼合。 2．高柔性拉伸成形有限元模型建立 介紹有限元軟件ABAQUS中動(dòng)力顯式算法和靜力隱式算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，探討回彈模型建立方式及所需施加的邊界條件；建立高柔性拉伸成形有限元模型，探討模型中材料模型、單元類型及尺寸、接觸及邊界條件的選擇；使用萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)量聚氨酯橡膠板—聚氨酯橡膠板、聚氨酯橡膠板—45#鋼、45#鋼—45#鋼三對(duì)摩擦副在有無(wú)潤(rùn)滑條件下的摩擦系數(shù)，為后續(xù)有限元分析提供數(shù)據(jù)支撐。 3．高柔性拉伸成形過(guò)程分析及過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度研究 通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)比分析傳統(tǒng)拉伸成形與高柔性拉伸成形過(guò)程，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)拉伸成形相比，高柔性拉伸成形可以顯著提高板料的貼模度。研究過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)成形力、應(yīng)力應(yīng)變、板厚及成形精度的影響，結(jié)果表明：過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度越短，板料成形時(shí)所需要的拉力越小，成形件內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變及厚度分布越均勻；同時(shí)得知，應(yīng)變均布程度是影響成形精度的一個(gè)重要因素。最后在自主開(kāi)發(fā)的設(shè)備上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。 4．高柔性拉伸成形中拉力加載路徑及摩擦系數(shù)的研究 研究水平—垂直（HV）和水平—傾斜—垂直（HTV）拉力加載路徑對(duì)成形結(jié)果的影響，分析兩種拉力加載路徑中摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響。分析HV加載路徑中水平預(yù)拉力對(duì)拉應(yīng)變和成形精度的影響，結(jié)果表明：當(dāng)水平拉力在一定范圍變化時(shí)，板料與模具完全貼合時(shí)所需要的垂直拉力大小相當(dāng)；預(yù)拉力越大，，模擬件成形區(qū)內(nèi)的最大拉應(yīng)變?cè)酱�；使板料進(jìn)入初始屈服點(diǎn)的預(yù)拉力可以獲得較高的成形精度。分析HTV加載路徑中傾斜拉力對(duì)拉應(yīng)變及成形精度的影響，結(jié)果顯示：模擬件成形區(qū)內(nèi)的最大拉應(yīng)變隨著傾斜拉力的增加而減小；傾斜拉力對(duì)成形精度的影響較為顯著。分析兩種拉力加載路徑中摩擦系數(shù)對(duì)模擬件拉應(yīng)變、板厚及成形精度的影響，結(jié)果顯示：模擬件成形區(qū)內(nèi)的最大拉應(yīng)變隨著摩擦系數(shù)的增加而減小、拉應(yīng)變的均布程度隨著摩擦系數(shù)的增加而增加；與HV加載路徑相比，HTV加載路徑中摩擦系數(shù)對(duì)成形精度的影響相對(duì)較弱。最后對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。 5．拉伸成形起皺機(jī)理及皺紋抑制方法研究 分析拉伸成形起皺機(jī)理，介紹常用起皺抑制方法；提出漸變型面拉伸成形，分析該工藝的成形過(guò)程及皺紋抑制機(jī)理，探討漸變型面拉伸成形工藝中多點(diǎn)模具目標(biāo)型面構(gòu)造方式；以雙曲拋物面曲面件為研究對(duì)象，使用數(shù)值模擬對(duì)漸變型面拉伸成形進(jìn)行數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明：該工藝可以有效地抑制起皺缺陷的產(chǎn)生；針對(duì)漸變型面拉伸成形中存在的回彈現(xiàn)象，研究基于位移調(diào)整方法的模具型面修正方法對(duì)成形精度的影響，分析回彈補(bǔ)償系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響，結(jié)果表明：通過(guò)基于位移調(diào)整的模具修正方法進(jìn)行一次模具型面補(bǔ)償即可顯著提高成形精度，當(dāng)補(bǔ)償因數(shù)為1.1時(shí)，模擬件的成形精度較為理想。 6．彈性墊對(duì)基于多點(diǎn)模具高柔性拉伸成形結(jié)果影響的研究 探討基于軟件自帶剖面操作命令和數(shù)值計(jì)算評(píng)估兩種板料與模具貼合度評(píng)價(jià)方法，并指出兩種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。以球形曲面件為研究對(duì)象，研究彈性墊硬度對(duì)成形結(jié)果的影響，結(jié)果表明：彈性墊硬度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致成形件產(chǎn)生較大的形狀畸變、彈性墊硬度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致成形件產(chǎn)生較大的拉應(yīng)變；在彈性墊總厚度相等的條件下，分析彈性墊層數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響，結(jié)果表明：彈性墊層數(shù)越多（單層厚度較�。挥谀＞哌吘壍膹椥詨|越容易失穩(wěn)進(jìn)而導(dǎo)致較大的局部成形誤差，而使用一層彈性墊又會(huì)導(dǎo)致位于模具邊緣的彈性墊與模具的貼合困難；建立板料—彈性墊、彈性墊—彈性墊和彈性墊—多點(diǎn)模具之間摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果影響的三因素三水平正交試驗(yàn)，模擬結(jié)果表明：彈性墊—多點(diǎn)模具之間的摩擦系數(shù)對(duì)成形精度的影響最為顯著，板料—彈性墊、彈性墊—彈性墊之間摩擦系數(shù)對(duì)成形精度影響的顯著程度依次次之。
【關(guān)鍵詞】：板料成形 數(shù)值模擬 柔性拉伸成形 多點(diǎn)模具 過(guò)渡區(qū) 起皺 回彈
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG306;V261
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-31
• 1.1 引言15
• 1.2 研究背景15-16
• 1.3 傳統(tǒng)拉伸成形研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 離散化思想在板料成形中的應(yīng)用18-27
• 1.4.1 引言18
• 1.4.2 多點(diǎn)成形18-19
• 1.4.3 柔性卷板成形19-21
• 1.4.4 柔性軋制成形21-22
• 1.4.5 柔性拉伸成形22-27
• 1.5 選題意義及主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 1.5.1 選題意義27-28
• 1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容28-29
• 1.6 小結(jié)29-31
• 第2章 高柔性拉伸成形原理及裝置31-43
• 2.1 引言31
• 2.2 傳統(tǒng)拉伸成形原理及特點(diǎn)31-32
• 2.3 高柔性拉伸成形原理及技術(shù)效果32-39
• 2.3.1 成形原理32-33
• 2.3.2 成形過(guò)程力學(xué)分析33-38
• 2.3.3 自適應(yīng)成形過(guò)程分析38-39
• 2.4 高柔性拉伸成形裝置及特點(diǎn)39-40
• 2.4.1 成形裝置39
• 2.4.2 設(shè)備特點(diǎn)39-40
• 2.5 應(yīng)用范圍及前景40-42
• 2.6 小結(jié)42-43
• 第3章 高柔性拉伸成形有限元模型43-57
• 3.1 引言43
• 3.2 動(dòng)力顯式算法43-45
• 3.2.1 數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)43-44
• 3.2.2 節(jié)點(diǎn)質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量44
• 3.2.3 穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量的穩(wěn)定性44-45
• 3.3 靜力隱式算法45-47
• 3.4 有限元模型建立47-53
• 3.4.1 材料模型47-48
• 3.4.2 單元選擇48-50
• 3.4.3 接觸及摩擦定義50-51
• 3.4.4 摩擦系數(shù)確定51-52
• 3.4.5 載荷及約束定義52-53
• 3.5 回彈模型建立53-55
• 3.6 小結(jié)55-57
• 第4章 高柔性拉伸成形時(shí)過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度的研究57-73
• 4.1 引言57
• 4.2 傳統(tǒng)拉伸成形工藝下料方案57-58
• 4.3 傳統(tǒng)和高柔性拉伸成形工藝成形能力對(duì)比58-61
• 4.4 高柔性拉伸成形時(shí)過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)成形結(jié)果的影響61-71
• 4.4.1 成形拉力61-63
• 4.4.2 應(yīng)力分布63-65
• 4.4.3 應(yīng)變分布65-67
• 4.4.4 成形件厚度67-69
• 4.4.5 成形精度分析69-70
• 4.4.6 成形裝置及驗(yàn)證70-71
• 4.5 小結(jié)71-73
• 第5章 拉力加載路徑和摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響73-93
• 5.1 引言73
• 5.2 典型拉力加載路徑73-74
• 5.3 HV 加載路徑對(duì)成形結(jié)果的影響74-79
• 5.3.1 應(yīng)變分布75-77
• 5.3.2 成形件厚度77
• 5.3.3 成形精度分析77-79
• 5.4 HTV 加載路徑對(duì)成形結(jié)果的影響79-84
• 5.4.1 成形拉力研究79-80
• 5.4.2 應(yīng)變分布80-81
• 5.4.3 成形件厚度81-82
• 5.4.4 成形精度研究82-84
• 5.5 HV 加載路徑中摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響84-87
• 5.5.1 應(yīng)變分布84-86
• 5.5.2 成形件厚度86
• 5.5.3 成形精度分析86-87
• 5.6 HTV 加載路徑中摩擦系數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響87-90
• 5.6.1 應(yīng)變分布87-88
• 5.6.2 成形件厚度88-89
• 5.6.3 成形精度研究89-90
• 5.7 成形裝置及試驗(yàn)驗(yàn)證90-91
• 5.8 小結(jié)91-93
• 第6章 高柔性拉伸成形起皺機(jī)理與抑制方法研究93-107
• 6.1 引言93
• 6.2 拉伸成形起皺機(jī)理93-94
• 6.3 拉伸成形起皺抑制方法94-95
• 6.4 漸變型面拉伸成形原理95-97
• 6.4.1 成形過(guò)程分析95-96
• 6.4.2 橫向型面構(gòu)造方式96
• 6.4.3 橫向型面過(guò)渡方式96-97
• 6.5 基于上頂式橫向型面構(gòu)造的漸變型面成形97-105
• 6.5.1 有限元模型97-98
• 6.5.2 漸變型面拉伸成形過(guò)程分析98-100
• 6.5.3 橫向型面過(guò)渡方式對(duì)成形結(jié)果的影響100-101
• 6.5.4 回彈補(bǔ)償分析101-105
• 6.6 基于下落式橫向型面構(gòu)造的漸變型面拉伸成形105-106
• 6.7 小結(jié)106-107
• 第7章 使用多點(diǎn)模具柔性拉伸成形時(shí)彈性墊的影響107-123
• 7.1 引言107
• 7.2 板料貼模度評(píng)價(jià)方法107-108
• 7.3 有限元模型108-109
• 7.4 彈性墊硬度對(duì)成形結(jié)果的影響109-114
• 7.4.1 應(yīng)變分布109-111
• 7.4.2 成形精度111-114
• 7.5 彈性墊層數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響114-117
• 7.6 摩擦系數(shù)對(duì)成形精度的影響117-121
• 7.6.1 直接觀察法119
• 7.6.2 一般計(jì)算分析119-120
• 7.6.3 分析水平趨勢(shì)，尋求可能更優(yōu)化方案120-121
• 7.7 小結(jié)121-123
• 第8章 結(jié)論與展望123-127
• 參考文獻(xiàn)127-139
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文139-140
• 致謝140

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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4 龔學(xué)鵬;李明哲;胡志清;;連續(xù)多點(diǎn)成形過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)數(shù)值分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2008年12期

5 王麗麗;李東升;曹s

本文編號(hào)：615203