高柔性拉伸成形机的设计与数值模拟研究

发布时间：2017-10-13 05:19

  本文关键词：高柔性拉伸成形机的设计与数值模拟研究

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【摘要】：随着国民经济的高速发展和机械制造工业的发展，金属板材的使用范围逐渐增多，尤其在飞机、高速列车、轮船、建筑等诸多领域，对大型板材成形的工艺和设备研究也越来越重要。以飞机工业为例，蒙皮类零件是构成飞机外形的关键零部件，它品种多、批量小、形状复杂。拉形是目前蒙皮生产的主要工艺，拉形机是蒙皮类零件生产的主要设备。我国各飞机制造厂和其他行业使用的拉形机大多由国外进口。这些拉形机性能稳定可靠，板材成形精度高，但控制系统比较复杂，价格十分昂贵，而且一些关键技术被国外垄断。因此开发具有自主知识产权的拉形机具有十分重要的意义。机架是整个拉形机的主要承载部件和安装基础，要求具有足够的强度和刚度，其力学性能直接影响板材拉形的精度以及拉形机的使用寿命。然而在传统设计中，由于机架的结构复杂，很难进行精确的强度和刚度计算，因此机架的几何尺寸主要依靠设计者的经验而定，这种设计方法容易造成材料浪费或强度不足等不良现象。将有限元方法应用在机架设计和结构分析中，能够有效的解决这一问题。 本文探讨了国内外拉形设备的结构特点和研究现状，引出了多夹钳式柔性拉形的概念，在此基础上形成了该新型多夹钳式柔性拉形机的设计思路，并通过有限元软件模拟机架拉形时的受力情况。根据模拟结果对机架结构进行改进，使其大大的降低自重，明显的增加刚度和强度。 本文主要研究内容和结论如下： 1.研究高柔性拉形机的设计方案和工作状态。高柔性拉形机的机构主要由三个部分构成：底座、可调式拉伸架和龙门移动式液压装置。拉形机采用模块化拼接式结构（整机总宽度为4000mm），由一个1600mm的小型柔性拉形机和一个2400mm的中型柔性拉形机拼接而成。拉形机采取拉伸架横向可移动式结构，，使可拉形板材的范围更大。设计龙门移动式液压装置，将多夹钳式柔性拉形和上下对压成形结合，有利于改善成形质量，降低板材的回弹。 2.建立高柔性拉形机机架的有限元模型，研究机架在最大载荷下的变形情况并对设计的机架结构进行轻量化改进。文中提出了两种拉伸架设计的初步方案，并将两种初步方案的模拟结果进行分析比较，虽然初步设计的机架结构能满足设计要求，但是在机架重量和变形情况上都不是很理想。因此对初步设计的拉伸架结构进行了多次改进，模拟结果表明，改进后的机架应力峰值从99.24MPa降低到73.56MPa，最大水平变形量从4.85mm降低到1.00mm，且机架重量降低了29.3%。 3.对龙门移动式液压装置进行机架设计和数值模拟分析。龙门移动式液压装置主要由四部分组成：横梁、上工作台、支柱和液压缸。文中提出了两种液压装置机架设计方案，根据模拟结果分析对比得出当液压缸放置在工作台上方时，液压装置机架具有更好的强度和刚度。 4.对柔性拉形机机架和龙门移动式液压装置机架在受偏载时进行强度检验。由于高柔性拉形机由两台小中型柔性拉形机拼接而成，当板材较小，只有一台柔性拉形机工作即可完成拉形时，需要对两类机架受偏载的情况进行强度检验，模拟结果表明该高柔性拉形机受偏载时的变形量和应力值均在合理的范围内。 5.对高柔性拉形机的工作台进行设计并给出整机设计图。提出了三种工作台的设计方案并进行数值模拟分析，研究工作台在最大垂直力作用下的应力变形情况，观察各个方案的稳定性，综合各个方案的变形情况和自身重量选出了最优方案。在最优方案基础上对工作台的结构进行改进，改进后的工作台重量降低了23.9%。
【关键词】：板材成形 拉伸成形 数值模拟 设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG385
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 拉形工艺的研究现状12-14
• 1.3 国内外拉形机的研究现状14-17
• 1.3.1 国外拉形机14-16
• 1.3.2 国内拉形机16-17
• 1.4 多夹钳式柔性拉形17-20
• 1.5 有限元分析的发展及应用20-23
• 1.5.1 有限元技术发展概况20-21
• 1.5.2 利用有限元模拟进行机架设计的研究现状21-23
• 1.6 选题意义及主要研究内容23-24
• 1.7 小结24-25
• 第2章 高柔性拉形机机架的总体设计25-36
• 2.1 机架设计的主要思路25-26
• 2.1.1 机架设计准则25
• 2.1.2 机架设计要求25-26
• 2.2 高柔性拉形机的设计方案26-33
• 2.2.1 离散夹钳钳口运动范围27-28
• 2.2.2 拼接式柔性拉形机28-29
• 2.2.3 可调式拉伸架和底座29-31
• 2.2.4 龙门移动式液压装置31-32
• 2.2.5 柔性拉形机工作台32-33
• 2.3 高柔性拉形机工作状态分析33-34
• 2.4 高柔性拉形机工作参数34-35
• 2.5 小结35-36
• 第3章 高柔性拉形机机架的数值模拟36-56
• 3.1 结构分析的力学基础36-40
• 3.2 可调式拉伸架的后锁定和前锁定对比分析40-45
• 3.2.1 拉伸架后锁定和前锁定的结构设计40-41
• 3.2.2 拉伸架的有限元建模41-43
• 3.2.3 模拟结果分析43-45
• 3.3 拉伸架的结构改进45-47
• 3.4 改进前后对比47-50
• 3.5 机架的变形分析50-53
• 3.6 偏载检验53-54
• 3.6.1 仅 1600 柔性拉形机工作53-54
• 3.6.2 仅 2400 柔性拉形机工作54
• 3.7 小结54-56
• 第4章 龙门移动式液压装置的设计56-66
• 4.1 龙门移动式液压装置的设计方案56-58
• 4.2 计算结果对比58-63
• 4.3 偏载检验63-65
• 4.3.1 上模安装在 1600 柔性拉形机对应上方63-64
• 4.3.2 上模安装在 2400 柔性拉形机对应上方64-65
• 4.4 小结65-66
• 第5章 高柔性拉形机工作台的设计66-74
• 5.1 工作台的设计方案66-69
• 5.2 有限元模拟分析69-71
• 5.3 工作台的结构改进71-72
• 5.4 高柔性拉形机整机设计图72-73
• 5.5 小结73-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：1023038