圆柱面翻边成形预制孔优化设计方法研究

摘要

随着工业技术和城市建设的快速发展，大型管网在化工企业、油气运输和城市排污等系统中获得了广泛的应用。随着管网向大型化、高压化发展，对管道的安全性提出了越来越高的要求。管道接头类零件作为管网系统的关键构件，其市场需要越来越大，同时也对该类零件的生产工艺提出了更高的要求。
　　管道接头是管网系统中加工最为复杂、材料浪费最多环节，研究一种新型的高效、节约材料、绿色的金属管道接头成形工艺方法具有重要的工程应用价值。因此本文研究和讨论了一种圆柱面支管成形的新方法——翻边成形加工工艺。与传统管道支管的制作工艺相比，翻边成形的加工工艺更高效、更节约材料、零件物理性能也更好，而且翻边成形的管道支管，主管与支管的接触部分比较圆滑，可以大大减少液体在分支处的流动阻力。但是，在圆柱面上翻边支管在国内的研究还是处于初级阶段，满足多样式支管成形的工艺要求还比较困难。本文就圆柱面翻边成形的几处关键的问题进行了讨论：
　　（1）利用翻边成形预制孔设计的等线长理论，考虑翻边位置的偏心和翻边形状的变化等情况，建立了圆柱面翻边成形预制孔数学模型，并应用Delphi开发了预制孔计算的软件，可直接根据工艺参数计算出预制孔的形状和尺寸，并可以以图形和数据两种方式输出计算结果。
　　（2）利用 SolidWorks建立坯料和模具的几何模型，利用有限元分析软件DYNAFORM对圆柱面翻边成形过程进行了成形过程分析。应用模拟结果并对数学模型进行了验证，结果表明所建立的数学模型基本正确，模拟成形的高度与理想值接近。
　　（3）设计制造了圆孔和方孔的圆柱面翻边成形模具，利用液压机对圆柱面翻边成形过程进行了实验研究，并将实验结果与模拟结果相对比，二者吻合良好，表明本文建立的有限元模型和采用的模拟分析方法是可靠的。
　　（4）针对圆柱面翻边成形预制孔设计问题，以翻边端口平整度为优化目标，以成形工件的完整性为约束条件，建立优化模型；以有限元模拟为目标函数和约束条件的求解器，以基于等线长理论的优选搜索法为优化设计方法，对优化模型进行了求解。优化设计结果表明，所建立的优化设计方法收敛速度快，优化结果可靠。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题的背景意义

1.2课题的研究现状

1.3课题的研究内容

第2章 圆柱面翻边成形预制孔数学模型的建立和求解

2.1圆柱面正心圆孔翻边成形预制孔设计计算的原则

2.2圆柱面正心圆孔翻边成形预制孔数学模型的建立

2.3圆柱面偏心圆孔翻边成形预制孔数学模型的建立

2.4圆柱面偏心非圆孔翻边成形预制孔数学模型的建立

2.5圆柱面翻边成形预制孔数学模型的求解

本章小结

第3章 圆柱面翻边成形有限元模拟

3.1翻边成形有限元模拟软件介绍

3.2圆柱面圆孔翻边成形有限元模型建立

3.3圆柱面圆孔翻边成形有限元模拟结果分析

3.4圆柱面方孔翻边成形有限元模拟

本章小结

第 4 章 圆柱面翻边成形实验研究

4.1实验模具的设计与制造

4.2实验坯料的制备

4.3实验设备的选择

4.4圆孔翻边成形的实验

4.5方孔翻边的实验

本章小结

第5章 预制孔尺寸的优化设计

5.1优化模型的建立

5.2优化设计方法的选用

5.3圆孔预制孔优化设计模型的求解

5.4优化设计结果的对比与分析

5.5方孔预制孔优化设计

本章小结

第6章 结论与展望

6.1结 论

6.2展 望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况