长钢管收口模具的优化研究

摘要

金属管件在工业产品结构中的应用占有重要地位，由于产品结构设计的需要，往往要求管件具有各种特殊的直径和形状，因此收口成形技术作为一种高附加值技术而得到广泛重视。收口制品也广泛应用于航天、电器、汽车、化工、军事等领域，而长钢管加工所成形的产品在现实生活中也广泛运用。 该研究所讨论的船舶用长钢管由于管长且壁薄，如果依靠传统的经验设计方法，即采用壁内加工其加工难度很大，加工量大，材料的浪费也大，用常规的机加工艺方法生产极大的增加了生产成本，而采用钢管的收口成形工艺正好可以弥补机加的不足。近年来，随着金属塑性成形技术的发展，数值模拟技术已经成为改造传统的塑性成形工艺、提高模具设计能力的有力工具和关键技术。通过数值模拟可以预先了解金属在成形过程时的流动情况，预测缺陷产生的临界条件，优化工艺方案及工艺参数，可以降低、消除缺陷出现的可能性，达到保证产品质量、缩短产品开发周期的目的。 本论文根据船舶用长钢管产品的技术要求，巧妙的采用收口成形工艺进行坯件生产，同时运用DEFORM-2D软件进行收口成形进行模拟分析，对长钢管收口模具的几个设计参数(过渡圆弧R1、过渡圆弧R2、上模内径(o)等)进行了优化设计，结果表明：模具的过渡圆弧Ri=130mm，过渡圆弧R2=100mm，上模内径(o)=288mm时，能满足生产加工的要求。另外，通过对优化后的模具进行收口成形的应力应变以及载荷等因素进行综合分析和研究讨论了摩擦因子对坯件收口成形的影响进行了研究，结果表明当摩擦因子低于1.5时可以在施加较小载荷的条件下得到具有较高尺寸精度的长钢管坯件。 该项研究结果在实际的生产之中已经得到了运用，并已经投入了试生产本文所的得到的研究结果及研究方法，可以为同类产品的成形工艺提供参考，具有一定的推广意义。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1选题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国外

1.2.2国内

1.3研究的内容

1.4研究的目的及意义

1.5研究的可行性

2收口成形工艺的分析

2.1收口成形的一般定义

2.2收口成形的特点

2.3收口工艺的计算

2.3.1缩口力的计算

2.3.2确定收口次数

2.4收口成形过程中的失稳

2.5影响收口成形工艺的因素

3塑性有限元法

3.1概述

3.1.1金属塑性成形分析方法

3.1.2一般分析方法

3.2塑性有限元法

3.2.1有限元法解题的基本步骤

3.3金属塑塑性成形有限元模拟技术的进展

3.4刚(粘)塑性有限元理论

3.4.1.刚塑性有限元法

3.4.2国内外刚塑性有限元研究概况

3.4.3刚粘塑性模型

3.4.4刚粘塑性材料的本构关系

3.5金属塑性成形过程的有限元模拟技术

3.5.1金属塑性成形过程的有限元仿真枝术概述

3.6塑性有限元法在金属成形应用中的若干问题

3.6.1工件与工具间摩擦的数学模型

3.6.2稳态与非稳态变形过程的分析

3.6.3单元类型的选择

3.6.4有限元网格畸变的处理

3.6.5定义新的有限元网格

3.6.6新旧网格的数据转换

3.7刚-塑性有限元程序

3.7.1刚-塑性有限元程序RPFEM简介

3.7.2主要的计算公式

3.7.3程序流程框图

4船舶用长钢管收口成形模拟分析

4.1长钢管收口成形模拟分析

4.1.1长钢管成形的材料对收口成形质量的影响

4.1.2长钢管的壁厚对收口成形质量的影响

4.2船舶用长钢管产品示意图

4.3收口成形工艺的模拟及优化

4.3.1刚塑性有限元简化模型

4.3.2有限元模型的初始条件

4.3.3经验设计模拟分析

4.3.4模具参数的优化分析

4.3.5参数优化后的模具设计

4.4模拟结果

4.5分析摩擦对船舶用长钢管的影响

5结论

致 谢

参考文献

附 录作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

独创性声明及学位论文版权使用授权书