超长薄壁筒形件同步旋转模环旋压成形参数与缺陷的控制研究

摘要

筒形件在航天、兵器、航空等领域是一类应用十分广泛的零件。对于8m以上的超长筒形件，传统强力旋压无法完成整体旋压成形，分段成形后焊接，无法避免焊缝，产生焊接变形和局部缩径。传统强力旋压仅在一端施加进给比，在对超长筒形件旋压时，由于超长筒体长度较长产生的自重较大，容易形成弯曲变形，无法达到圆度、直线度、直径精度的要求。
　　针对上述强力旋压存在的不足，本文采用了全新的旋压成形技术-同步旋转模环旋压，在传统的强力旋压基础上在旋压件的一端增加轴向推力，另一端施加自适应的轴向拉力，两端同时主动旋转，工件在移动和旋转过程中完成加工;这种方式使用长度很短的环状芯模（长度在300～500mm间），完成大直径、高精度、超长简体（8m以上）的整体旋压成形。同时，依靠张力作用保证产品的圆度、直线度等关键精度远远高于传统旋压。
　　本文基于有限元数值模拟软件Simufact，对建模过程中的网格划分、几何建模及边界条件等关键性问题进行了分析，对模型进行了合理的简化和假设。简单的描述了旋压成形有限元模拟相关的弹塑性有限元基本理论，包括增量方程、虚功方程以及有限元求解方程等。
　　分析了304固溶态不锈钢筒形件同步旋转模环旋压成形过程中等效应力应变的分布，材料的流动，三向旋压力的分布情况以及成形过程中的缺陷进行了研究，如起皱、鼓形、扩径。分析了模环的受力情况，了解了不同工艺参数对成形过程的影响，并确定了主要工艺参数的取值范围，如芯模长度、进给比、圆角半径、成形角等。
　　采用正交试验和数值模拟结合的方法对工艺参数进行优化，以最小轴向应力和壁厚差为目标，分析了不同工艺参数对筒形件同步旋转模环旋压的影响情况，确定了参数影响主次顺序，并获得较合理的成形工艺参数，为同步旋转模环旋压成形工艺和参数优化提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究意义

1．2 旋压工艺简介

1．3 筒体旋压的发展现状

1．4 同步旋转模环旋压的特点

1．5 有限元模拟技术的发展现状

1．5．1 有限元数值模拟技术的发展

1．5．2 有限元数值模拟关键技术在旋压中的应用

1．6 主要研究内容

第二章 同步旋转模环旋压的数值模拟

2．1 引言

2．2 同步旋转模环旋压有限元数值模拟基础

2．2．1 弹塑性本构方程

2．2．2 虚功方程

2．2．3 增量方程

2．2．4 有限元求解方程

2．3 simufact有限元软件介绍

2．4 同步旋转模环旋压数值模拟关键技术

2．4．1 几何模型构建

2．4．2 网格划分

2．4．3 模型的简化

2．4．4 摩擦模型

2．4．5 边界条件定义

2．4．6 材料模型

2．5 本章小结

第三章 筒形件同步旋转模环旋压数值模拟及缺陷分析

3．1 引言

3．2 同步旋转模环旋压成型工艺

3．3 工艺参数的选择

3．3．1 进给比

3．3．2 芯模长度

3．3．3 成形角

3．3．4 圆角半径

3．3．5 主轴转速

3．4 减薄旋压的变形力学分析

3．5 旋压力的分析

3．5．1 旋轮接触面积的计算

3．5．2 旋压力的分布

3．5．3 模环的受力分析

3．6 同步旋转模环旋压过程中应力应变分布

3．6．1 速度差对成形过程的影响

3．6．2 等效应力应变分布

3．6．2 三向应力分布

3．7 材料的流动

3．8 主要缺陷分析

3．8．1 鼓形

3．8．2 扩径

3．8．3 起皱

3．9 小结

第四章 基于正交试验对筒形件同步旋转模环旋压的优化

4．1 引言

4．2 正交试验

4．2．1 方案的确定

4．2．2 正交表的建立

4．2．3 目标函数的选取

4．3 正交试验结果与分析

4．4 工艺参数的优化

4．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢