铝板自由弯曲成形中的接触摩擦及其影响研究

发布时间：2020-11-07 09:45

　　 随着社会的发展,人们对弯曲件成形表面质量的高要求也越发迫切。目前关于板料弯曲成形的研究多集中在成形理论上,对于其中的接触摩擦研究相对较少。实践表明,接触摩擦对板料弯曲件表面质量影响显著,通过改善接触摩擦状况可以显著改善表面质量。因此,研究接触摩擦对弯曲件表面质量的影响是必要的。本文以厚度为6mm的1060纯铝板的V形三点式自由弯曲成形过程为研究对象,通过理论分析和有限元模拟分析了板料与凹模圆角接触摩擦区域的受力情况,并通过实验分析了不同接触摩擦条件对弯曲件表面质量的影响,研究了接触摩擦对弯曲件表面压痕的影响规律和压痕的形成机理。本文主要研究内容如下。首先简要介绍了板料弯曲变形理论,接触模型以及摩擦模型等,并针对板料弯曲成形中的接触摩擦问题做了重点分析。其次,通过ANSYS LS-DYNA对板料弯曲成形过程进行了有限元模拟,重点分析了板料与凹模圆角接触区域等效塑性应变、接触压力等的变化,为后续实验研究提供一定参考。然后,设计板料弯曲成形实验及摩擦参数测试实验装置,确定实验方案,测量了板料弯曲成形中弯曲力、摩擦系数等参数,并分别对滑动接触摩擦和滚动接触摩擦条件下所得弯曲件进行电镜扫描,从宏观和微观角度研究了不同接触摩擦形式,不同凹模圆角表面状况对弯曲件表面压痕的作用机制和影响规律;分析影响接触摩擦的因素,探讨消除接触摩擦作用,改善弯曲件表面质量的思路。研究表明,在1060纯铝板的V形三点式自由弯曲成形实验中,接触摩擦形式,凹模圆角表面质量对弯曲件表面质量有显著的影响。1)接触摩擦形式对弯曲件表面压痕的影响主要在于压痕的形状与分布形式,对压痕的表面质量影响较小;滑动接触摩擦造成的压痕总体较深,压痕分布不均匀且主要集中在两端位置,拖动边与导向边边缘的两端位置均有材料堆积现象;滚动接触摩擦造成的压痕总体较浅,板料宽度方向上分布均匀,基本呈窄长条状,滚动摩擦能够削弱金属的滑移堆积现象。2)凹模圆角表面状况对弯曲件表面压痕的影响主要在于压痕本身的表面状况,对压痕的分布形式影响较小;当凹模圆角表面比较粗糙时,压痕表面呈均匀密集细小的沟槽状,对材料的滑移与堆积现象有一定的削弱作用。3)滑动接触摩擦是金属材料黏着效应与犁沟效应共同作用的结果,会显著造成金属材料的滑移与堆积现象;而滚动接触摩擦中几乎不存在犁沟效应。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.21;TG306
【部分图文】：

可将弯曲方法分为如图1.1 所示的以下几种：折弯、压弯、辊弯、拉弯等。虽然弯曲成形加工形式各有不同，但其变形过程与变形特点规律基本一致，本文基于最为常见的板料 V 形压弯过程，研究弯曲成形中接触摩擦状况对板料弯曲件表面质量的影响。

2.1 板料弯曲成形理论2.1.1 板料弯曲成形过程如图2.1所示为板料的V形三点式弯曲成形过程。在板料的弯曲成形过程中，由于凸模圆角、凹模圆角的支撑作用，板料始终受到弯曲力矩作用。板料的相对弯曲半径 r/t 随凸模的下压不断减小（rn/t＜r1/t＜r0/t），弯曲程度不断加深；当板料弯曲半径减小至凸模圆角半径大小时，弯曲变形就完成了。在板料的自由弯曲中，当凹模跨度不变时，弯曲件的成形角度仅由弯曲行程所决定，弯曲加工角度可以自由变化；当自由弯曲结束后板料被凸模进一步下压使其直边部分与凹模完全贴合时，称为校正弯曲，校正弯曲中的凸模和凹模相配合决定弯曲件成形角度，一组模具所能弯曲的角度是固定的。图 2.1 板料的 V 形三点式弯曲过程Fig.2.1 Three point bending process of V shape of sheet material板料弯曲变形主要有以下几个特点。（1）板料弯曲件的主要变形区集中在凸模圆角处，在此处存在塑性大变形现象

r —— 弯曲件内表面的圆角半径，mm；t —— 板料的厚度，mm；max —— 最大切应变；θmaxσ —— 最大切向应力，MPa；sσ —— 材料的屈服强度，MPa。在板料弯曲成形过程中，板料内、外表层材料首先屈服，塑性变形开始发生后塑性变形由外到内进行扩展，板料进入弹-塑性弯曲和线性纯塑性弯曲阶（2）弹-塑性弯曲和线性纯塑性弯曲随着弯曲成形的进一步进行，当r/t＞200时，板料处于弹-塑性弯曲变形阶段切向应力分布如图 2.2(b)所示，此时在变形区内弹性变形与塑性变形共存，其性变形主要集中在板料中心层附近部分，塑性变形主要集中在板料内外表面 r/t＜200 时，板料进入线性纯塑性弯曲阶段，此时弹性变形可忽略不计。在种弯曲变形阶段，其应力与应变仅在切向上存在，仍属于线性状态。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王成勇;鲁志兵;张鹏;李亨;李伟;;高强钢弯曲凹模型面接触应力分布及演化[J];塑性工程学报;2014年02期

2 张冬娟;崔振山;李玉强;阮雪榆;;平面应变板料拉弯成形回弹理论分析[J];工程力学;2007年07期

3 郭正华,李志刚,黄重九,董湘怀;润滑条件下铝合金板成形模拟中摩擦模型的研究[J];中国机械工程;2004年15期

4 郭正华,李志刚,黄重九,董湘怀;塑性成形过程摩擦测试的研究进展[J];塑性工程学报;2004年03期

5 赵振铎 ,许洪民 ,张志红 ,贾玉玺 ,王丽君;金属板料塑性成形摩擦机理的力学模型探讨[J];塑性工程学报;2003年01期

6 汪锐 ,郑晓丹 ,王东哲 ,何丹农 ,张立人 ,黄皆捷;板材拉深成形过程中摩擦条件与压边力设定关系研究[J];锻压技术;2001年06期

7 罗亚军,张永清,赵军;板材拉深成形智能化控制过程中摩擦系数的识别[J];锻压技术;2001年02期

8 李雪春,杨玉英,包军,李顺平;弹性模量与塑性变形关系的探讨[J];哈尔滨工业大学学报;2000年05期

9 汪晨,张质良;三维S—Rail板料的成形及回弹分析[J];模具工业;2000年08期

10 何丹农,陶宏之,包向军,阮雪榆,程惊雷,蒋镜昱;拉深用润滑剂的摩擦系数和压边力的关系研究[J];摩擦学学报;2000年03期

相关硕士学位论文 前1条

1 周敬勇;板料成形数值模拟中的接触摩擦研究[D];南昌大学;2005年

本文编号：2873772