本文關(guān)鍵詞：高柔性拉伸成形機的設(shè)計與數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和機械制造工業(yè)的發(fā)展，金屬板材的使用范圍逐漸增多，尤其在飛機、高速列車、輪船、建筑等諸多領(lǐng)域，對大型板材成形的工藝和設(shè)備研究也越來越重要。以飛機工業(yè)為例，蒙皮類零件是構(gòu)成飛機外形的關(guān)鍵零部件，它品種多、批量小、形狀復(fù)雜。拉形是目前蒙皮生產(chǎn)的主要工藝，拉形機是蒙皮類零件生產(chǎn)的主要設(shè)備。我國各飛機制造廠和其他行業(yè)使用的拉形機大多由國外進口。這些拉形機性能穩(wěn)定可靠，板材成形精度高，但控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，價格十分昂貴，而且一些關(guān)鍵技術(shù)被國外壟斷。因此開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的拉形機具有十分重要的意義。機架是整個拉形機的主要承載部件和安裝基礎(chǔ)，要求具有足夠的強度和剛度，其力學(xué)性能直接影響板材拉形的精度以及拉形機的使用壽命。然而在傳統(tǒng)設(shè)計中，由于機架的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難進行精確的強度和剛度計算，因此機架的幾何尺寸主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗而定，這種設(shè)計方法容易造成材料浪費或強度不足等不良現(xiàn)象。將有限元方法應(yīng)用在機架設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析中，能夠有效的解決這一問題。 本文探討了國內(nèi)外拉形設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點和研究現(xiàn)狀，引出了多夾鉗式柔性拉形的概念，在此基礎(chǔ)上形成了該新型多夾鉗式柔性拉形機的設(shè)計思路，并通過有限元軟件模擬機架拉形時的受力情況。根據(jù)模擬結(jié)果對機架結(jié)構(gòu)進行改進，使其大大的降低自重，明顯的增加剛度和強度。 本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1.研究高柔性拉形機的設(shè)計方案和工作狀態(tài)。高柔性拉形機的機構(gòu)主要由三個部分構(gòu)成：底座、可調(diào)式拉伸架和龍門移動式液壓裝置。拉形機采用模塊化拼接式結(jié)構(gòu)（整機總寬度為4000mm），由一個1600mm的小型柔性拉形機和一個2400mm的中型柔性拉形機拼接而成。拉形機采取拉伸架橫向可移動式結(jié)構(gòu)，，使可拉形板材的范圍更大。設(shè)計龍門移動式液壓裝置，將多夾鉗式柔性拉形和上下對壓成形結(jié)合，有利于改善成形質(zhì)量，降低板材的回彈。 2.建立高柔性拉形機機架的有限元模型，研究機架在最大載荷下的變形情況并對設(shè)計的機架結(jié)構(gòu)進行輕量化改進。文中提出了兩種拉伸架設(shè)計的初步方案，并將兩種初步方案的模擬結(jié)果進行分析比較，雖然初步設(shè)計的機架結(jié)構(gòu)能滿足設(shè)計要求，但是在機架重量和變形情況上都不是很理想。因此對初步設(shè)計的拉伸架結(jié)構(gòu)進行了多次改進，模擬結(jié)果表明，改進后的機架應(yīng)力峰值從99.24MPa降低到73.56MPa，最大水平變形量從4.85mm降低到1.00mm，且機架重量降低了29.3%。 3.對龍門移動式液壓裝置進行機架設(shè)計和數(shù)值模擬分析。龍門移動式液壓裝置主要由四部分組成：橫梁、上工作臺、支柱和液壓缸。文中提出了兩種液壓裝置機架設(shè)計方案，根據(jù)模擬結(jié)果分析對比得出當(dāng)液壓缸放置在工作臺上方時，液壓裝置機架具有更好的強度和剛度。 4.對柔性拉形機機架和龍門移動式液壓裝置機架在受偏載時進行強度檢驗。由于高柔性拉形機由兩臺小中型柔性拉形機拼接而成，當(dāng)板材較小，只有一臺柔性拉形機工作即可完成拉形時，需要對兩類機架受偏載的情況進行強度檢驗，模擬結(jié)果表明該高柔性拉形機受偏載時的變形量和應(yīng)力值均在合理的范圍內(nèi)。 5.對高柔性拉形機的工作臺進行設(shè)計并給出整機設(shè)計圖。提出了三種工作臺的設(shè)計方案并進行數(shù)值模擬分析，研究工作臺在最大垂直力作用下的應(yīng)力變形情況，觀察各個方案的穩(wěn)定性，綜合各個方案的變形情況和自身重量選出了最優(yōu)方案。在最優(yōu)方案基礎(chǔ)上對工作臺的結(jié)構(gòu)進行改進，改進后的工作臺重量降低了23.9%。
【關(guān)鍵詞】：板材成形 拉伸成形 數(shù)值模擬 設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG385
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題的研究背景11-12
• 1.2 拉形工藝的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 國內(nèi)外拉形機的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 國外拉形機14-16
• 1.3.2 國內(nèi)拉形機16-17
• 1.4 多夾鉗式柔性拉形17-20
• 1.5 有限元分析的發(fā)展及應(yīng)用20-23
• 1.5.1 有限元技術(shù)發(fā)展概況20-21
• 1.5.2 利用有限元模擬進行機架設(shè)計的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.6 選題意義及主要研究內(nèi)容23-24
• 1.7 小結(jié)24-25
• 第2章 高柔性拉形機機架的總體設(shè)計25-36
• 2.1 機架設(shè)計的主要思路25-26
• 2.1.1 機架設(shè)計準(zhǔn)則25
• 2.1.2 機架設(shè)計要求25-26
• 2.2 高柔性拉形機的設(shè)計方案26-33
• 2.2.1 離散夾鉗鉗口運動范圍27-28
• 2.2.2 拼接式柔性拉形機28-29
• 2.2.3 可調(diào)式拉伸架和底座29-31
• 2.2.4 龍門移動式液壓裝置31-32
• 2.2.5 柔性拉形機工作臺32-33
• 2.3 高柔性拉形機工作狀態(tài)分析33-34
• 2.4 高柔性拉形機工作參數(shù)34-35
• 2.5 小結(jié)35-36
• 第3章 高柔性拉形機機架的數(shù)值模擬36-56
• 3.1 結(jié)構(gòu)分析的力學(xué)基礎(chǔ)36-40
• 3.2 可調(diào)式拉伸架的后鎖定和前鎖定對比分析40-45
• 3.2.1 拉伸架后鎖定和前鎖定的結(jié)構(gòu)設(shè)計40-41
• 3.2.2 拉伸架的有限元建模41-43
• 3.2.3 模擬結(jié)果分析43-45
• 3.3 拉伸架的結(jié)構(gòu)改進45-47
• 3.4 改進前后對比47-50
• 3.5 機架的變形分析50-53
• 3.6 偏載檢驗53-54
• 3.6.1 僅 1600 柔性拉形機工作53-54
• 3.6.2 僅 2400 柔性拉形機工作54
• 3.7 小結(jié)54-56
• 第4章 龍門移動式液壓裝置的設(shè)計56-66
• 4.1 龍門移動式液壓裝置的設(shè)計方案56-58
• 4.2 計算結(jié)果對比58-63
• 4.3 偏載檢驗63-65
• 4.3.1 上模安裝在 1600 柔性拉形機對應(yīng)上方63-64
• 4.3.2 上模安裝在 2400 柔性拉形機對應(yīng)上方64-65
• 4.4 小結(jié)65-66
• 第5章 高柔性拉形機工作臺的設(shè)計66-74
• 5.1 工作臺的設(shè)計方案66-69
• 5.2 有限元模擬分析69-71
• 5.3 工作臺的結(jié)構(gòu)改進71-72
• 5.4 高柔性拉形機整機設(shè)計圖72-73
• 5.5 小結(jié)73-74
• 第6章 總結(jié)與展望74-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82

【參考文獻】

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本文編號：1023038