U型材单轴柔性滚弯成形技术研究及其有限元分析

摘要

单轴柔性滚弯是一种先进的、高度柔性的钣金制造工艺，与传统的弯曲方法相比，生产的弯曲件具有强度高、表面质量好、成本低等特点，特别适用于航空航天及汽车工业中小批量甚至是单件零件的生产。本文详细地介绍了单轴柔性滚弯技术，主要研究工作如下： 1. 根据单轴柔性滚弯成形技术原理，在实验室现有设备数控渐进成形机床的基础上，设计滚弯U型截面型材的滚弯装置。实验研究表明，单轴柔性滚弯系统存在一临界进给量，当进给量超过该值后，工件弯曲曲率半径不再随进给量的增大而变小，达到一个极限半径，并且该半径与刚性滚的直径成正比。 2. 从单轴柔性滚弯过程受力分析方面着手，在对工件受力与变形情况进行一些假设简化的基础上，根据弹塑性理论提出了描述单轴柔性滚弯U型截面型材的理论模型，获得了工件回弹后曲率半径与各个主要影响因素之间的理论公式。 3. 在有限元分析当中，常用应变能函数描述橡胶材料的力学性能。本文对橡胶类材料的常用应变能函数进行了描述，以“Mooney-Rivilin”模型为本文有限元分析中橡胶的本构模型，利用单轴拉伸和单轴压缩实验数据拟合“Mooney-Rivilin”模型的两参数。 4. 利用有限元软件MSC.marc建立了单轴柔性滚弯U型材模型，并对成形及回弹过程进行了有限元模拟仿真。根据有限元计算结果，对影响工件回弹成形的参数进行了分析，验证了实验中得出的柔性滚弯技术的重要特征，与实验结果对比表明，有限元分析具有较高的精度，有一定的实际应用价值。