盘形件局部加热旋压增厚成形工艺研究

摘要

构建环境友好型，资源节约型工业生产体系是现代化制造业的发展方向，采用现代化设计和生产手段对产品进行结构、性能、制造方法等优化是其中的重要手段。针对汽车工业中常用的薄辐板厚轮缘盘形件，本文提出了局部加热旋压增厚成形新工艺。该工艺结合了旋转式板锻成形与局部加热的优点，与传统的冲压或机加工成形方式相比，在确保产品结构和整体性能稳定的同时能够实现盘形件的近净成形，符合绿色制造的要求。
　　为了给该工艺过程中的热输入提供参考，本文建立了相应的火焰加热高斯热源运动控制及功率控制理论模型，并通过有限元和实验相结合的方式对成形过程及结果进行了分析。总体而言，局部加热旋压增厚成形过程可以被分为两个阶段，预热阶段和增厚阶段，其中预热阶段火焰加热区域保持在板料环形边缘不变，且由于带有环形轧槽旋轮的进给，坯料在与轧槽倾斜表面接触的过程中逐渐弯曲，主要发生弹性变形；随后进入增厚阶段，旋轮继续进给，坯料边缘被轧槽底部圆角挤压，主要发生塑性变形，实现增厚，与此同时火焰也开始沿径向移动，持续加热变形前沿。
　　有限元模拟结果表明，预热阶段对板料边缘的加热以及增厚阶段对变形前沿的加热使得坯料内部形成梯度分布的温度场，确保了变形区域材料塑性成形性能良好而非变形区域材料具备足够刚性以支撑增厚过程的进行。与冷旋增厚相比，局部加热旋压变形区域材料的应力集中情况得到明显改善，应力场分布更为均匀，所需成形力小，有利于实现大尺寸圆板件稳定的增厚成形。
　　具体到火焰加热对成形质量的影响而言，预热阶段合理的温度场峰值应不超过500 ℃，而增厚阶段变形前沿的目标温度应大于550 ℃。在工艺实验时，将预热温度峰值控制在450 ℃左右，增厚阶段变形前沿温度控制在950 ℃左右，其他条件与模拟参数设置保持一致，得到单道次旋压盘形件边缘最大增厚比为2.72，极大提高了旋压增厚的成形极限。

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1 绪论

1.1 课题研究目的与意义

1.2 板料冲锻成形国内外研究概况

1.3 局部加热在塑性成形中的应用

1.4本文主要研究内容

2 局部加热旋压增厚成形过程设计

2.1前言

2.2成形过程加热位置的确定

2.3加热热源的选择

2.4热源功率的推导

2.5本章小结

3局部加热旋压增厚成形有限元模拟

3.1前言

3.2有限元模拟软件ABAQUS简介

3.2有限元模型的建立

3.3 局部加热在有限元模拟中的实现

3.4有限元模拟的准确性评价

3.5本章小结

4 有限元模拟结果及其分析

4.1前言

4.2 盘形件温度场分布

4.3 各区域节点温度追踪

4.4 成形过程应变及应力场分布规律

4.5 成形过程旋轮载荷变化规律

4.6 热输入对成形效果的影响

4.7 单道次旋压盘形件边缘最大增厚比

4.8本章小结

5局部加热旋压增厚成形实验

5.1实验装置与模具设计

5.2实验过程

5.3实验结果及分析

6全文总结与展望

6.1全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表论文