弹簧数控卷绕成形及回弹数值分析

发布时间：2017-08-20 21:06

  本文关键词：弹簧数控卷绕成形及回弹数值分析

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【摘要】：由于数控卷簧机拥有更高的生产效率和自动化程度,且能方便地卷制出形状复杂的异形弹簧,因此,在国内主要弹簧制造企业中已逐渐得到了广泛应用。但是由于弹簧数控卷绕过程中工艺参数、模具参数、材料特性等各种因素相互影响,弹簧实际加工时,针对不同型号规格的弹簧需要通过大量试验,不断试模修模才能确定加工工艺。大大增加了弹簧生产成本,降低了弹簧生产效率,而且最终的成形几何精度也无法保证。同时,由于滚轮压入量过大或过小,经常会造成钢丝压扁、伸出长度不足、成形速度波动过大等现象,严重影响了弹簧的生产效率和质量。因此,通过有限元软件采用数值分析的方法研究弹簧的弹塑性弯曲成形过程,分析工艺及模具参数对弹簧成形及回弹的影响规律,是提高弹簧成形质量,实现弹簧数控卷绕成形技术进一步发展的关键。针对上述问题,本文根据弹簧数控卷绕成形的特点,通过对钢丝的变形过程进行运动和力学分析,建立了弹簧空间弯曲成形数学模型,基于此数学模型,推导了钢丝弯曲半径、送线速度、滚轮与顶簧杆的空间安装角度等参数的数学表达式,给出了弹簧成形过程中送线滚轮压入量和钢丝牵引力动态控制的理论模型,为提高弹簧成形质量提供了新的控制方法。然后基于弹塑性有限元显式动态和隐式静态分析方法,以有限元软件ANSYS/LS-DYNA为分析工具,建立了弹簧数控卷绕成形有限元分析模型,对弹簧数控卷绕成形及回弹过程进行了数值模拟。基于有限元模拟结果,分析了不同工艺参数下弹簧成形过程中单元应力和卸载后单元节点回弹位移随时间变化规律,最后利用ActiveX自动化技术,通过Lab VIEW软件和PMAC运动控制器,对数控卷簧机控制系统进行了改进,利用改进后的系统,进行了弹簧的加工试验,进一步研究了不同工艺参数对弹簧成形后轴向和径向的回弹规律,证明了有限元模拟方法的有效性。本文通过对钢丝变形过程进行运动和力学分析为进一步研究弹簧数控成形理论提供了重要借鉴,同时,通过有限元模拟及试验得到的不同工艺参数对弹簧成形及回弹的影响规律,对提高弹簧加工精度和成形质量具有一定指导意义。
【关键词】：数控卷簧机 弯曲成形 回弹 受力分析 有限元数值模拟
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306;TH135
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.1.1 课题研究背景9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 弹簧制造工艺10-12
• 1.3 国内外研究现状及分析12-15
• 1.3.1 弯曲成形理论与回弹解析研究进展12-13
• 1.3.2 有限元法的研究进展13
• 1.3.3 弯曲成形与回弹的有限元模拟研究进展13-15
• 1.4 课题主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 弹簧数控卷绕成形过程研究17-27
• 2.1 数控卷簧机结构及工作原理17-19
• 2.1.1 数控卷簧机的结构特点17-18
• 2.1.2 数控卷簧机的工作原理18-19
• 2.2 弹簧空间弯曲成形数学模型的建立19-22
• 2.2.1 空间曲线几何成形分析19-21
• 2.2.2 螺旋弹簧几何成形参数分析21-22
• 2.3 弹簧成形过程中钢丝牵引力动态控制22-24
• 2.4 弹簧成形过程中滚轮压入量动态控制24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 弹簧数控卷绕成形数值模拟关键技术研究27-45
• 3.1 弹塑性成形过程有限元模拟理论27-30
• 3.1.1 弹塑性变形基本理论27-29
• 3.1.2 非线性有限元求解方法29-30
• 3.2 显式和隐式有限元分析30-34
• 3.2.1 显式动态有限元分析法30-32
• 3.2.2 动态有限元分析步骤32-33
• 3.2.3 隐式静态回弹模拟方法33-34
• 3.2.4 回弹补偿计算方法34
• 3.3 有限元计算模型的建立34-37
• 3.3.1 分析步确定35-36
• 3.3.2 单元类型及材料属性设置36
• 3.3.3 网格划分36-37
• 3.4 关键问题的处理37-43
• 3.4.1 载荷加载37-40
• 3.4.2 初始条件设置40
• 3.4.3 接触定义及施加约束40-43
• 3.4.4 时间步控制43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 弹簧数控卷绕成形及回弹数值模拟结果与分析45-56
• 4.1 不同旋绕比条件下数值模拟结果与分析45-50
• 4.1.1 不同钢丝直径时的结果与分析45-49
• 4.1.2 不同簧圈直径时的结果与分析49-50
• 4.2 不同弹簧节距条件下数值模拟结果与分析50-53
• 4.3 不同滚轮压力条件下数值模拟结果与分析53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 弹簧数控卷绕成形系统改进及试验研究56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 数控卷簧机控制系统改进56-59
• 5.2.1 控制系统硬件设计56-57
• 5.2.2 控制系统软件设计57-59
• 5.3 试验结果与分析59-66
• 5.3.1 旋绕比对弹簧回弹量的影响60-63
• 5.3.2 弹簧节距对弹簧回弹量的影响63-65
• 5.3.3 滚轮压力对弹簧回弹量的影响65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间的研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陆璐;王辅忠;王照旭;;板料成形数值模拟有限元求解算法[J];材料导报;2011年03期

2 ;OPTIMIZATION OF SHEET METAL FORMING PROCESSES USING FINITE ELEMENT SIMULATIONS[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2000年02期

3 谷瑞杰,杨合,詹梅,李恒,张旭光;弯曲成形回弹研究进展[J];机械科学与技术;2005年06期

4 黄晓忠;陈R际，

本文编号：708867