1060铝合金差厚板多点弯曲成形数值模拟及实验研究

发布时间：2020-08-15 21:36

【摘要】：差厚板多点弯曲成形采用一系列高度可调排列规则的基本体代替压弯模具型面,以聚氨酯垫代替垫料,以解决传统压弯成形生产成本高、模具设计制造周期长、重复利用率低等一系列的缺点。本文以理论分析、有限元模拟和成形实验相结合的方式对差厚板多点压弯的受力变形和回弹规律以及各工艺参数对1060铝合金差厚板成形的影响进行探究,并进行分段压弯实验,为差厚整体壁板成形新工艺提供理论及数据上的积累。以有限元模拟和实验结果相结合的方式,研究了差厚板在成形过程中的受力变形规律,并针对其受力变形特点设计实验模具;推导出聚氨酯垫压缩量与工程应力之间的关系,以反复弯曲回弹的公式分析了产生反向回弹的原因。结果显示:差厚板具有受力不均匀、变形不连续的特点。根据Mooney-Rivlin本构关系推导的压缩工程应力的模拟结果与理论计算规律基本吻合,验证了基于压缩量-工程应力关系式的理论计算合理性。成形时应通过调整调形补偿量、聚氨酯垫参数令厚区表面压力大于薄区,使厚区充分成形、薄区厚区变形均匀。差厚板弯曲过程中存在反复弯曲现象,不同区域回弹量不同将导致整个差厚板回弹不均匀,曲率半径不连续。为探究1060铝合金差厚板压弯成形规律,针对影响差厚板压弯的工艺参数,进行单一变量实验,结合有限元模拟结果探究各因素的影响规律,并完成分段压弯实验,结果显示:随着成形力增大,差厚板曲率半径减小,回弹位移减小;差厚板薄、中间、厚区的曲率半径和回弹位移接近,大厚区差厚板的薄区的变形和回弹受厚区影响更大,小厚区差厚板的台阶长度更长,厚区对薄区的约束小。聚氨酯垫硬度大时,能够为差厚板提供更均匀的面压。聚氨酯垫厚度增加,厚区对应的面压降低,薄区面压增加,成形效果随板参数变化;调形补偿量应始终小于板厚差,使差厚板处于厚区面压大于薄区的受力状态下。板厚差越小,薄区厚度越厚,弯曲刚度越高,第一次弯曲R_1越大,则反向弯曲弯矩小,反向回弹区域面积小。随着板厚差增大,反向回弹的影响区域增大。厚区比例越大,台阶长度越短,成形过程中反复弯曲带来的反向回弹效果越弱。差厚板多点弯曲成形适用范围受到模具尺寸和设备吨位的限制,可通过调形补偿方式改善。对于分段压弯成形,压弯次数越多,重复压弯区域面积越大,最大重复次数越多,但每次压弯的变形量也越小,整体回弹量S60S40S80S100。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306
【图文】：

筋条,壁板

如图1-1、图 1-2 所示为两类变厚度整体壁板。铝合金由于其低密度、高比强度、良好的塑性和加工性以及耐腐蚀性等优点成为其主要材料[3]。目前铝合金变厚度壁板的生产路线主要可分为两类：一种是先弯后切，即先将等厚板弯曲成预定曲率，再通过机械加工、化学铣等方式加工出壁板上的不等厚区间[4]。这个方法的主要优点是弯曲过程简单且弯曲精度高，但机械加工困难、化学铣还会导致环境污染问题，其使用范围正在逐步缩小并趋于被淘汰。另一类是先切后弯，即先将板材加工出不等厚区间，再进行弯曲成形，优点是机械加工工序是在板材平面状态下进行，精度高且加工容易，但对弯曲成形提出了较高的要求，难度较大[5]。大尺寸整体壁板弯曲已成为先进装备的关键制造技术之一。具体弯曲方法有：压弯、拉弯、滚弯、喷丸、蠕变时效、激光钣金成形等[6]。图 1-1 筋条类壁板图 1-2 变厚度壁板压弯工艺目前广泛应用于截面形状复杂、变截面及大厚度的整体壁板成形。一次压弯成形与增量压弯成形是传统的压弯成形方式[7]，一次压弯成形如图 1-3 所示：是通过压力将壁板在模具中直接弯曲变形，模具型面形状固定，因此模具制造和调试周期长，导致时间和人力成本高，难以适应批量复杂曲面零件生产，并且对于大面积壁板或弯曲角度较大的壁板也难以成形也是限制其发展的原因；采

变厚度,壁板

材零件被设计成变厚度件；同时随着飞行器的机动能力以及飞行速度的提升，航空制造业开始向自动化、智能化方向转变，机翼、导弹舱体、壁板等重要结构件更多地趋向于采用整体零件[1]。结构复杂的板材零件能够提升飞行器结构强度、减轻重量，但也需要比较复杂的制造工艺。作为应用于飞行器的重要结构件，变厚度整体壁板必须具有一定的强度与刚度、较低重量以及良好的成形精度[2]，如图1-1、图 1-2 所示为两类变厚度整体壁板。铝合金由于其低密度、高比强度、良好的塑性和加工性以及耐腐蚀性等优点成为其主要材料[3]。目前铝合金变厚度壁板的生产路线主要可分为两类：一种是先弯后切，即先将等厚板弯曲成预定曲率，再通过机械加工、化学铣等方式加工出壁板上的不等厚区间[4]。这个方法的主要优点是弯曲过程简单且弯曲精度高，但机械加工困难、化学铣还会导致环境污染问题，其使用范围正在逐步缩小并趋于被淘汰。另一类是先切后弯，即先将板材加工出不等厚区间，再进行弯曲成形，优点是机械加工工序是在板材平面状态下进行，精度高且加工容易，但对弯曲成形提出了较高的要求，难度较大[5]。大尺寸整体壁板弯曲已成为先进装备的关键制造技术之一。具体弯曲方法有：压弯、拉弯、滚弯、喷丸、蠕变时效、激光钣金成形等[6]。

压弯成形,成形

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文用如图 1-4 所示的专用压弯模具的增量成形方式，是以多次不连续的三点弯曲成形，逐步按照预先规划好的路径累积最终形成目标曲面。其主要优点是：因为主要以线接触和局部点接触、面接触作为板材和支撑架之间的接触方式，其拥有大变形力可用于各类带筋结构件的成形，并且局部增量成形对设备吨位的要求较低其主要缺点在于：基于非连续成形的原理导致成形结束时零件的低圆弧度[8]，和大的回弹量，并且成形时大部分板材处于悬空区，所以相应的稳定措施可以在生产中防止加强筋应力集中失稳，扭曲变形或者开裂等缺陷[9]。

【相似文献】