本文關(guān)鍵詞： 塑性加工 柔性軋制 三維曲面 連續(xù)成形 數(shù)值模擬　出處：《吉林大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：柔性軋制是一種新型的三維曲面零件成形工藝，其結(jié)合了傳統(tǒng)軋制成形與多點成形技術(shù)。以一對可小撓度彎曲的工作輥作為成形工具，通過調(diào)形單元控制上、下工作輥的輥縫分布，板料在厚度方向上產(chǎn)生不均勻減薄，導致其縱向上產(chǎn)生不均勻伸長，由此所產(chǎn)生的附加應力使板料產(chǎn)生三維的變形。通過合理的控制上、下工作輥的輥縫分布，可以成形凸曲面件、鞍形件等典型的三維曲面零件。工藝采用線接觸成形方式，板料局部產(chǎn)生的塑性變形逐漸積累，直至獲得目標曲面零件。目前，對柔性軋制成形工藝的研究已經(jīng)取得了一定的進展，本文建立了應用范圍更加廣泛的板形控制函數(shù)，并利用數(shù)值模擬結(jié)果對零件的成形誤差進行分析，給出提高零件成形精度的方法。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下： 1、柔性軋制成形原理探討 通過調(diào)形單元控制上、下工作輥的輪廓曲線及輥縫分布，板料在厚度上產(chǎn)生不均勻減薄，其縱向上的不均勻伸長所產(chǎn)生的附加應力使板料產(chǎn)生三維變形。根據(jù)板料變形后橫向上任意一點的縱向弧長與目標曲面零件對應點的縱向弧長長度相等這一關(guān)系，推導出輥縫分布函數(shù)及上、下輥輪廓曲線用于成形三維曲面零件。 2、柔性軋制有限元建模方法 基于曲面柔性軋制成形過程，同時借鑒以前的多點滾壓成形工藝建模過程，建立柔性軋制成形有限元模型并確定相關(guān)建模參數(shù)。以凸曲面件成形為例研究上、下工作輥輪廓曲線形狀與工作輥輥速對成形結(jié)果的影響，指出在上、下工作輥輪廓為理論曲線條件下，成形件的塑性應變分布較好；根據(jù)成形件的應力分布選擇100rad/s作為合適的工作輥輥速。分別對凸曲面件和鞍形件這兩種典型的三維曲面進行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相符，證明了有限元建模及參數(shù)選擇的正確性。 3、柔性軋制成形結(jié)果數(shù)值分析 對凸曲面件和鞍形件這兩種典型的三維曲面進行了數(shù)值模擬并分析其應力應變分布特點，探討輥縫分布與成形件應力應變分布的關(guān)系。以鞍形件為例研究了成形件的上表面、中間層和下表面的應力應變分布特點；分析成形件的應力應變在板料寬度方向、厚度方向和軋制方向上的分布特點，成形件上、下表面先屈服，并逐漸過渡到中間層，這導致其上、下表面的應力應變高于中間層。運用Geomagic Qualify軟件對數(shù)值模擬結(jié)果進行曲面成形精度測量，成形件中間區(qū)域的成形誤差小于頭部和尾部區(qū)域，分析了成形件頭尾區(qū)域誤差較大的原因。 4、柔性軋制板形控制函數(shù)改進 之前的板形控制函數(shù)推導的依據(jù)為工作輥的彎曲狀態(tài)與目標曲面的橫向彎曲狀態(tài)一致，由于實驗中上、下工作輥只能產(chǎn)生小撓度彎曲，故板形控制函數(shù)只適用于生產(chǎn)橫向曲率相對較小的曲面零件。給出板形控制函數(shù)的改進方法，在保持之前板形控制函數(shù)的輥縫分布函數(shù)不變的條件下，使上、下工作輥的曲率同時變小來推導上、下工作輥輪廓曲線。改進后的板形控制函數(shù)可以成形橫向曲率相對較大的三維曲面零件，擴大了柔性軋制工藝的應用范圍。建立相應的有限元模型，對模擬結(jié)果進行應力應變狀態(tài)分析，其應力應變分布規(guī)律與工作輥的輥縫分布一致。以凸曲面件成形過程為例，分析其成形過程中不同區(qū)域板料的橫向彎曲情況，結(jié)果表明，板料成形區(qū)的橫向彎曲變形程度隨著遠離工作輥而逐漸變大，遠離到一定程度時，成形區(qū)的橫向彎曲變形程度進入穩(wěn)定狀態(tài)。對柔性軋制成形結(jié)果進行了成形精度分析，得出成形件中間區(qū)域的成形誤差小于頭部和尾部區(qū)域的結(jié)論。 5、柔性軋制工藝參數(shù)分析 柔性軋制中輥調(diào)整半徑和輥縫分布是成形三維曲面零件的關(guān)鍵參數(shù)，研究輥調(diào)整半徑和輥縫分布的相互關(guān)系對成形曲面的影響，對比分析了成形結(jié)果在應力應變與成形精度方面的區(qū)別。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)隨著輥調(diào)整半徑的減小，成形件的橫縱向彎曲變形程度明顯增大；隨著板料長度的增加，成形件頭尾過渡區(qū)長度保持不變，有效成形區(qū)長度隨著板料長度的增加而增加；輥調(diào)整半徑的變化趨勢與對應的板料厚度最大減薄量的變化趨勢相反才能獲得相同高斯曲率的三維曲面。 6、柔性軋制工藝過渡區(qū)改進與實驗研究 柔性軋制成形中輥調(diào)整半徑遠大于目標曲面零件橫向彎曲半徑，通過成形精度分析發(fā)現(xiàn)成形件的頭尾區(qū)域過渡區(qū)長度相對較大。提出板料頭部區(qū)域采用上、下工作輥輥速不相等軋制，尾部區(qū)域采用加大板料厚度減薄量的成形方式對軋制成形進行工藝改進，改進板料頭尾區(qū)域的成形精度，提高板料利用率。利用研發(fā)的大型柔性軋制實驗裝置進行凸曲面件和鞍形件的成形實驗，研究成形參數(shù)變化對成形曲面零件的影響；應用三維光學掃描儀提取曲面零件點云數(shù)據(jù)，，運用Geomagic Qualify軟件對實驗結(jié)果進行曲面精度分析。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG335

【參考文獻】

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本文編號：1471958