集群式钢球旋压成形工艺及其数值模拟研究

发布时间：2017-08-26 10:38

  本文关键词：集群式钢球旋压成形工艺及其数值模拟研究

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【摘要】：传统冲压技术所使用的成套模具制作周期长、成本高,所有型面均需要制作与之相对应的模具,这导致生产效率低,制造成本高。我们希望找到一种相对廉价的生产方式用来加工小批量个性化的零件,少加工模具和不加工模具是我们追求的目标,但是为了保证足够的加工精度,我们采用了半模成形的加工方式,即:集群式钢球旋压成形技术。集群式钢球旋压成形采用自由流动的钢球作为旋压成形工具,采用“离散”思想将上、下对压模具的上模具或下模具采用钢珠代替,另一部分采用普通的模具,实现曲面零件的柔性成形,该种成形方式不但可以实现对压成形,而且可以通过拨动钢珠旋转成形进而可以降低板材成形件的回弹,提高成形件的贴模精度。论文采用ABAQUS有限元软件建立对应模型,对成形过程中采用钢球先压后旋和钢球边压边旋两种成形方式进行模拟研究,对比研究其成形过程中板材上的应力应变规律及回弹变化,分析不同参数对集群式钢球旋压成形工艺成形性能的影响。得到如下结论:1、钢球先压后旋和钢球边压边旋两种成形方式中,使用钢球先压后旋成形时,板材整体应力先随钢球下压而增大至最大值,然后随钢球旋转而降低至一定大小时基本保持不变。使用钢球边压边旋成形时,板材整体应力值随加载过程进行而逐渐增大至某值,然后保持不变。成形结束时,使用钢球先压后旋模型成形的成形件整体应力更小,塑性应变更大。2、钢球先压后旋模型中,当使用两种不同直径钢球混合作用时,成形件的应力、应变值处于单独使用两种钢球成形的成形件之间,但分布更加均匀;降低钢球旋转速度,能有效减小成形件的应力值,成形区域塑性应变增加,且分布更加均匀;增加后期钢球旋转圈数可以有效降低成形件整体应力的同时增加成形区塑性应变。钢球边压边旋模型中,使用两种不同直径钢球混合作用,成形件应力、应变值处于单独使用两种钢球成形的成形件之间,但分布更加均匀;降低钢球旋转速度,成形件应力应变增大。3、钢球先压后旋与钢球边压边旋两种成形方式的回弹中,钢球先压后旋的成形件残余应力更大一些,但更均匀,回弹量更小。钢球先压后旋模型中,使用大小球混合的成形件回弹效果较好;降低钢球旋转速度可以使残余应力降低,回弹效果好;适当增加钢球的旋转圈数可以有效减小成形件残余应力,成形性好。钢球边压边旋模型中,使用大小球混合作用的成形件残余应力居中,回弹效果好;降低钢球边压边旋的速度时,成形件残余应力增大,回弹效果变差。
【关键词】：集群式钢球旋压 柔性成形 数值模拟 回弹
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 国内外新型成形技术研究现状11-16
• 1.2.1 多点成形技术12-13
• 1.2.2 单点渐进成形技术13-16
• 1.3 旋压工艺及其研究现状16-20
• 1.3.1 旋压工艺历史16-18
• 1.3.2 滚珠旋压成形技术发展18-20
• 1.4 课题研究意义和提出背景20-23
• 1.5 课题主要研究内容23
• 1.6 本章小结23-25
• 第二章 集群式钢球旋压成形工艺25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 集群式钢球旋压成形基本原理25-31
• 2.2.1 板材的旋压力特征25
• 2.2.2 变形区应力分析25-28
• 2.2.3 集群式钢球旋压成形深度解析28-29
• 2.2.4 钢球压入半无限体模型29-31
• 2.3 集群式钢球旋压成形实验31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 集群式钢球旋压成形有限元模型35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 集群式钢球旋压成形有限元模型参数的设定35-40
• 3.2.1 单元的选择及网格划分35-37
• 3.2.2 材料模型37-38
• 3.2.3 建立几何模型38-40
• 3.3 钢球先压后旋模型40-44
• 3.3.1 钢球运动轨迹40-42
• 3.3.2 成形过程模拟42-44
• 3.4 钢球边压边旋模型44-45
• 3.4.1 钢球运动轨迹44
• 3.4.2 成形过程模拟44-45
• 3.5 两种成形方式的比较45-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 集群式钢球旋压成形工艺数值模拟51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 钢球先压后旋模型中工艺参数影响51-59
• 4.2.1 钢球直径对板材成形的影响51-54
• 4.2.2 钢球加载速度对板材成形的影响54-57
• 4.2.3 钢球旋转圈数对板材成形的影响57-59
• 4.3 钢球边压边旋模型中工艺参数影响59-63
• 4.3.1 钢球直径对板材成形的影响59-62
• 4.3.2 钢球加载速度对板材成形的影响62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 集群式钢球旋压成形回弹数值模拟65-75
• 5.1 引言65
• 5.2 回弹数值模拟65-66
• 5.3 不同成形方式回弹对比分析66-67
• 5.4 钢球先压后旋模型中工艺参数对回弹影响67-71
• 5.4.1 钢球直径大小对板材回弹的影响67-68
• 5.4.2 钢球加载速度对板材回弹的影响68-70
• 5.4.3 钢球旋转圈数对回弹的影响70-71
• 5.5 钢球边压边旋模型中工艺参数对回弹影响71-73
• 5.5.1 钢球直径对板材成形的影响71-72
• 5.5.2 钢球加载速度对板材回弹的影响72-73
• 5.6 本章小结73-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81

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本文编号：741115