滚珠旋压翻边工艺研究及专用装置设计

摘要

翻边孔是火箭贮箱壁板中常用的一种结构，目前主要采用冲压翻边工艺进行翻边，由于材料和工艺限制，采用冲压翻边工艺实现单道次小翻边系数翻边很容易导致边部开裂问题，需要多道次的冲压翻边或者辅助其它工艺才能实现，工艺比较复杂。滚珠旋压是一种渐进成形工艺，能够提高钣金成型极限，具有加工件表面粗糙度好、工艺方法简便等优点。本研究尝试采用滚珠旋压工艺代替传统的火箭贮箱翻边孔的加工工艺，对其成形工艺进行探索性研究，以改善铝合金材料塑性较差、成形极限较低和翻边系数过小的问题，论文主要工作如下。
　　首先，对滚珠旋压圆孔翻边的成形工艺进行了理论分析，建立了滚珠旋压力的解析模型，根据成形区域特点将滚珠与板材的接触变形区分为减薄变形区和翻边变形区，通过投影方法分别计算了减薄变形区和翻边变形区的面积，并对两个区域的接触应力进行分析，在此基础上，精确计算了滚珠旋压翻边的旋压力，同时简要分析了各个工艺参数的影响，初步确定了工艺参数的选取原则。
　　其次，建立了滚珠旋压圆孔翻边的有限元模型，将有限元模拟的旋压力与解析模型计算的结果进行了对比，验证了旋压力解析模型的准确性，并通过采用不同的工艺参数，分析了进给率、滚珠直径和减薄率对旋压力、旋压过程中应力应变以及贴模性能的影响，为滚珠旋压工艺参数的选择和优化提供了依据。
　　再次，采用最优拉丁超立方试验设计方法对滚珠旋压圆孔翻边进行了多参数空间样本数据生成，并在其基础上构建了RBF径向基神经网络近似模型，通过多目标遗传算法NSGA-II对近似模型进行多目标优化设计，得到了Pareto最优解集。
　　最后，结合旋压力解析模型和有限元分析结果，确定了滚珠旋压圆孔翻边所需的进给力和电机功率，设计了旋压工具头、进给装置和机架等旋压装置的基本结构，并对其结构进行静力学分析和模态分析，为后续研究工作做了铺垫。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景与研究意义

1.2圆孔翻边加工方法概述

1.3国内外研究现状

1.4论文的主要内容

第2章 滚珠旋压圆孔翻边的理论基础

2.1滚珠旋压圆孔翻边过程的理论分析

2.2滚珠旋压圆孔翻边解析模型研究

2.3滚珠旋压翻边过程的影响因素

2.4成形试验

2.5本章小结

第3章 滚珠旋压圆孔翻边有限元模拟与分析

3.1滚珠旋压圆孔翻边有限元模型的建立

3.2滚珠旋压翻边有限元模拟结果及分析

3.3工艺参数对滚珠旋压过程的影响

3.4本章小结

第4章 基于近似模型的滚珠旋压工艺参数优化

4.1滚珠旋压圆孔翻边模拟试验

4.2径向基神经网络近似模型的建立

4.3基于径向基神经网络近似模型的优化

4.4本章小结

第5章 滚珠旋压圆孔翻边装置设计

5.1滚珠旋压装置设计的基本要求

5.2滚珠旋压翻边装置关键部件设计

5.3滚珠旋压翻边装置的有限元分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢