管材柔性弯曲成形数值模拟及工艺参数分析

发布时间：2020-07-14 01:19

【摘要】：管材因具有质量轻、比强度高和可吸收冲击能量的优点,成为了汽车、高铁、航空航天等领域广泛使用的结构件和介质传输工具,其成形质量对工业发展具有重要意义。柔性弯曲工艺只需调节模具的位置和角度即可成形出不同形状的零件,与传统弯曲工艺相比,具有生产周期短、适用范围广和成本低的优点。因此,管材的柔性弯曲成形具有重要的研究价值。利用有限元模拟可以预测管材的变形规律、应力应变分布情况以及可能出现的缺陷,进而实现工艺参数的优化。本文运用有限元分析软件ABAQUS分析管材柔性弯曲成形过程,探讨了管材与模具之间的间隙、摩擦、壁厚等对成形的影响,预测出薄壁管材在弯曲过程中的管壁受压变形缺陷,提出相应的解决方案并通过数值模拟进行验证;对管材进行三维成形,研究了成形速度、摩擦等对过渡区成形质量的影响。本文主要研究内容及结果如下:(1)介绍了柔性弯曲工艺的成形原理,说明了柔性弯曲工艺在现代工业中的独特优势;建立了管材柔性弯曲成形的有限元模型,并说明了模型中网格划分、单元选择等初始条件。(2)研究了柔性弯曲过程的成形工艺参数如管材与模具之间、管材与导向装置之间的间隙、摩擦系数等对成形的影响。结果表明:模具偏移距离相同时,在一定范围内,管材与模具、管材与导向装置之间的间隙越大,成形后管件的弯曲半径越大,间隙的存在会影响成形精度和设备的成形范围;减小管材与模具之间的间隙能够减小成形件的椭圆率,提高成形质量,在保证管材顺利成形的前提下应尽量减小管材与导向装置、管材与模具之间的间隙。(3)研究了管材壁厚对成形的影响,结果表明:壁厚越大,成形后管件的壁厚变化率越大,椭圆率越小,即截面变形越小;对外径和壁厚分别为12和0.5 mm的薄壁管材弯曲时,在模具移动过程中管壁出现受压变形的缺陷,增大模具与管壁接触面积可以有效地抑制该缺陷。(4)对管材进行连续三维弯曲,研究了模具偏移阶段模具移动速度、管材进给速度以及摩擦系数对成形的影响,结果表明:若模具移动时管材不进给,成形后过渡区出现应力集中,并导致截面畸变;在模具移动的同时推动管材进给,可以改善管材的受力状态;在一定范围内,增大管材进给速度或者减小模具移动速度,可以改善过渡区的应力和应变分布,并抑制截面畸变,提高管件的成形质量;减小摩擦系数可以改善管件应力分布,减小截面畸变程度,提高成形件质量。(5)对管材进行三维成形,得到两相邻弯曲段所在平面的夹角θ=90°的三维管件,并研究了管材进给和模具移动对成形件质量的影响。研究结果表明:模具向初始位置移动的过程中推动管材进给能够减小模具和导向装置对管材的压力,在一定范围内,增大管材进给速度或减小模具移动速度能够减小管壁受压变形程度,提高成形件质量。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306
【图文】：

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【参考文献】