数控弯管机工序动作及弯管截面质量研究

发布时间：2017-09-09 12:22

  本文关键词：数控弯管机工序动作及弯管截面质量研究

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【摘要】：数控弯管机是管件弯曲成型的主要机械设备,随着综合国力与企业间竞争力的提高,市场对弯管机在效率、自动化程度等方面提出了更高的要求。目前国内船用管件先焊后弯整体成型工艺尚未实现自动化,弯管效率低,因此有必要在工艺参数制定、弯管截面质量控制等方面开展研究,研制出适合我国的自动化成型设备。本文针对“先焊后弯”数控弯管机工序动作与弯管截面质量方面做了研究。在国家科技支撑计划“船体建造关键技术及工艺装备研制”(NO.2014BAF12B00)子课题的支持下,在数控弯管机工序动作方面,采用虚拟样机技术研究了芯棒调整、管件安装、执行弯管及卸管四部分工序过程演示,为新产品展示、进一步修改与优化等提供便捷；在弯管截面质量方面,对管件弯曲成型进行了有限元数值模拟研究并总结规律,在弯管截面质量满足使用要求的前提下,获取合适的工艺参数,为其他同类型的管件加工提供指导。主要工作内容与结论如下：(1)依据课题来源,介绍了本文研究中相关的虚拟样机技术、弯曲成型理论、成型缺陷等,同时给出管件弯曲成型截面质量的研究现状,并论述了课题研究背景和意义。(2)结合虚拟样机技术对“先焊后弯”数控弯管机进行工序动作研究。首先,根据机床本体的结构建立了床身、滑板组、弯曲臂等主要零部件；其次,对各主要零部件进行虚拟装配,在装配的基础上进行了全局干涉及工序动作模拟分析。(3)基于有限元数值模拟技术对型号为(?)114mm×8.5mm×342mm的普通船用管件进行弯管截面质量研究。首先,结合弯曲成型理论与仿真模型,建立管件弯曲成型有限元模型并进行实验验证；然后,基于有限元模型研究了弯曲过程中及弯曲成型后变形区的应力应变与截面质量的分布规律；最后研究了芯棒伸出量及芯棒与管件单侧间隙两个工艺参数对管件弯曲成型后截面质量的影响规律。结果表明：1)随弯曲进程,变形应力主要集中在弯曲内外侧,塑性变形区主要在弯曲结束区域且大小和相对位置基本不变,壁厚为外侧减薄内侧增厚；2)弯曲成型后,从初始区域到结束区域内外侧切向应力呈现相似变化规律且应力值均在弯曲切点附近较大,外侧拉应变值大于内侧压应变值,外侧减薄呈现增大-稳定-减小的变化趋势,弯曲段截面畸变程度最大值出现在绕过弯曲切点35。附近的区域且随弯曲角度的增大而增大；3)随芯棒伸出量e的增大,减薄率明显增大,截面畸变程度明显减小,合适的e为25～30mm；4)随芯棒与管件单侧间隙C的增大,减薄率明显减小,截面畸变程度明显增大,合适的C为0.5-1mm。
【关键词】：数控弯管机 工序动作 截面质量 虚拟样机技术 有限元数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 虚拟样机技术在弯管机中的应用10-11
• 1.3 管件弯曲成型方法11-12
• 1.4 管件弯曲成型理论及主要成型缺陷12-14
• 1.4.1 成型理论12-13
• 1.4.2 主要成型缺陷13-14
• 1.5 管件弯曲成型截面质量的研究现状14-16
• 1.6 选题背景及意义16-17
• 1.7 本文主要研究内容17-18
• 2 先焊后弯用数控弯管机工序动作研究18-34
• 2.1 数控弯管机的特点及组成18
• 2.2 PC219A数控弯管机机床本体结构分析18-20
• 2.3 PC219A数控弯管机的工作过程20-21
• 2.4 PC219A数控弯管机机床本体主要零部件虚拟建模21-25
• 2.4.1 Creo2.0建模模块简介21-22
• 2.4.2 床身虚拟建模22
• 2.4.3 尾座导轨及液压缸体虚拟建模22-23
• 2.4.4 送料小车第一第二滑块虚拟建模23
• 2.4.5 滑板组座、滑板及滚轮虚拟建模23-24
• 2.4.6 主轴、胎膜及镶块虚拟建模24
• 2.4.7 旋转臂及前卡液压缸体虚拟建模24-25
• 2.4.8 旋转臂滑块及前卡虚拟建模25
• 2.5 PC219A数控弯管机机床本体虚拟装配25-29
• 2.5.1 Creo2.0装配模块简介25-26
• 2.5.2 芯棒调整装置(尾座)虚拟装配26
• 2.5.3 送料小车虚拟装配26-27
• 2.5.4 滑板组虚拟装配27
• 2.5.5 弯曲臂虚拟装配27-28
• 2.5.6 机床本体虚拟总装配28-29
• 2.6 PC219A数控弯管机工序动作分析29-33
• 2.6.1 机床本体干涉分析29
• 2.6.2 棒调整仿真模拟29-30
• 2.6.3 管件安装仿真模拟30-31
• 2.6.4 执行弯管仿真模拟31-32
• 2.6.5 卸管仿真模拟32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 3 管件弯曲成型的有限元模型建立34-47
• 3.1 有限元法基本思想34
• 3.2 管件弯曲成型力学模型的建立34-36
• 3.3 管件弯曲成型有限元模型的建立36-42
• 3.3.1 三维几何模型建立37-38
• 3.3.2 单元定义38
• 3.3.3 材料模型建立及属性定义38-40
• 3.3.4 有限元网格划分40-41
• 3.3.5 分析步及接触条件设置41-42
• 3.3.6 边界条件定义42
• 3.3.7 求解条件设置42
• 3.4 管件数控弯曲成型截面质量的计算方法42-44
• 3.4.1 外侧壁厚减薄计算方法42-43
• 3.4.2 截面畸变程度计算方法43-44
• 3.5 有限元模型的实验验证44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 管件弯曲成型过程应力应变及弯管截面质量分析47-59
• 4.1 弯曲成型模拟条件47-48
• 4.2 弯曲成型过程的应力分析48-51
• 4.3 弯曲成型过程的应变分析51-54
• 4.4 弯曲成型过程的截面质量分析54-57
• 4.5 本章小结57-59
• 5 工艺参数对弯管截面质量的影响研究59-65
• 5.1 芯棒伸出量对弯管截面质量影响的研究59-62
• 5.2 棒与管件之间的间隙对弯管截面质量影响的研究62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71

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本文编号：820418