非回转体旋压工艺数值模拟及实验平台的研发

摘要

旋压是一种先进的塑性加工成形技术，该项技术具有变形力小、节约原材料、产品强度高等优点。因此，旋压技术在航空航天、军工生产、机械工程以及日用品生产等行业得到了广泛的应用。目前，回转体零件的旋压工艺已比较成熟，非回转体零件的旋压工艺与设备却有待完善。因此，本文基于塑性力学理论，使用有限元分析软件DEFORM，建立了单旋轮非回转体椭圆筒形件的塑性有限元模型，研究了非回转体塑性模型旋压的力学行为。研发了非回转体零件旋压实验平台，并进行了旋压实验研究。
　　采用有限元分析软件DEFORM，对非回转体椭圆筒形件的剪切旋压工艺进行了有限元模拟。通过设置旋轮绕旋轮轴自转的速度、绕芯模主轴公转的速度和沿芯模径向运动的速度，合成旋轮的运动轨迹，其轨迹为椭圆形。分析非回转体模型在模拟过程中工件的受力状态，并与回转体模型进行对比。结果表明，两者的等效应变分布存在较大的差别；由于非回转体模型的芯模为椭圆形，导致工件在周向上变形并不均匀；在椭圆长径过渡到椭圆短径处，其周向形状变化最不均匀，该处等效应变最大；用轨迹拟合的设计方法解决了凸轮筒形件的旋压模拟问题。此外，通过对比不同形状毛坯的旋压模拟结果，发现当毛坯是由 DYNAFORM反求出的形状时，旋压结束后，工件底部边缘较为平整，不需要大面积的修整。因此，在生产过程中可以利用DYNAFORM反求出的毛坯为基础，根据实际情况进一步修改完善，达到理想效果。
　　以传统的旋压加工工艺为基础，研制出了旋压数控实验平台，该平台采用可靠机械滑台、步进电机驱动装置等机构，其中步进电机驱动主轴和旋轮同时进给的方式有别于传统旋压机的结构。旋压数控实验平台为一轴转动和二轴平动，通过对主轴进给运动和旋轮进给运动的同步控制，能够实现非回转体零件的加工。
　　最后，采用所研制的旋压平台，对非回转体零件的旋压成形开展实验研究，得到了质量良好的工件。该实验平台结构简单，自动化程度高，运行可靠，可作为实验研究的有效设备。

目录

声明

1 绪 论

1.1 引言

1.2 旋压成形概述

1.3 旋压技术的研究现状

1.4 本课题研究目的和意义

1.5 本文的研究内容

1.6 非回转体零件旋压技术的关键问题

2 旋压成形工艺及有限元理论

2.1 引言

2.2 塑性变形理论

2.3 强力旋压成形的基本理论

2.4 本章小结

3 椭圆截面筒形件旋压成形数值模拟

3.1 引言

3.2 DEFORM-3D软件简介

3.3 有限元模型的建立

3.4 旋压过程有限元分析

3.5 凸轮筒形件旋压成形数值模拟

3.6 毛坯形状对旋压结果的影响

3.7 本章小结

4 非回转体零件旋压实验平台的开发

4.1 引言

4.2 非回转体零件旋压成形工艺

4.3 非回转体零件旋压实验平台的结构设计

4.4 非回转体零件旋压实验平台工作原理

4.5 本章小结

5 旋压实验

5.1 引言

5.2 实验条件

5.3 实验设备

5.4 椭圆锥形件旋压实验

5.5 圆锥形件旋压实验

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况