高档拉伸液压机性能强化设计与薄板成形仿真及其应用研究

摘要

随着我国航空航天、汽车制造、石油化工等大型工业的发展，高性能大尺寸复杂薄壁构件的需求也日益增加。拉伸液压机的性能直接关系到薄壁构件的成形质量，传统的拉伸液压机已经无法满足实际工业需求。因此，亟需设计开发出高性能的高档拉伸液压装备。本文针对拉伸液压机成形过程中的弯曲开缝、爬行抖动、反胀失效等问题，对高档拉伸液压机刚度性能、运动性能和成形性能等进行了深入的研究，提出了高档拉伸液压机性能强化设计方法，并应用到合肥合锻150MN双动充液拉伸液压机的设计开发中。
　　论文主要内容包括:
　　第一章介绍了拉伸液压机主机组成和整机性能，阐述了高档拉伸液压机的技术背景和本课题的研究意义。通过介绍目前高档拉伸液压机在成形过程中存在的弯曲开缝、爬行抖动、反胀失效的性能缺陷，分析了目前国内外学者研究针对上述问题的研究现状，提出了高档拉伸液压机性能强化设计方法，最后给出了本论文的研究内容与组织框架。
　　第二章提出了面向弯曲开缝的高档拉伸液压机组合机架刚度性能设计方法。研究了弯曲开缝机理，建立了高刚度的目标模型，提出基于粒子群算法的组合机架刚度性能多目标求解方法。最后以150MN拉伸液压机为例，通过仿真对比验证了所提方法的可行性。
　　第三章提出了面向爬行抖动的高档拉伸液压机拉伸滑块运动性能解耦方法。研究了液压机滑块低速爬行机理，建立了滑块的单自由度摩擦模型，通过力学求解和数值分析，确定了影响滑块爬行抖动的因素，提出了基于TRIZ理论的高档拉伸液压机导向装置的解耦方法。最后以150MN拉伸液压机为例，通过仿真对比验证了所提方法的可行性。
　　第四章提出了面向反胀失效的高档拉伸液压机充液拉深成形性能优化方法。分析了薄板拉伸成形的过程，确定了影响成形质量的工艺参数，提出了基于敏感度分析的高档拉伸液压机工艺参数关联分析方法，实现了高档拉伸液压机成形性能的提高。最后以150MN拉伸液压机为例，通过仿真对比验证了所提方法的可行性。
　　第五章结合企业实际项目，开发了拉伸液压机功能管理模块，同时对本文所提出的理论方法进行了仿真模拟，验证了本文所提方法的可行性与有效性。
　　第六章对全文的研究内容进行了总结，并就下一步的研究内容和方向进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究意义和技术背景

1．3 拉伸液压机主机及工艺优化设计方法研究现状

1．3．1 液压机主机结构参数设计研究现状

1．3．2 液压机拉伸滑块运动控制研究现状

1．3．3 液压机拉伸成形工艺优化研究现状

1．4 高档拉伸液压机性能强化设计方法的提出

1．4．1 全预紧组合机架中连接处弯曲开缝的问题

1．4．2 低速成形过程中拉伸滑块爬行抖动的问题

1．4．3 充液拉深工艺过程中忽略反胀失效的问题

1．5 论文研究内容及组织框架

1．5．1 论文研究内容

1．5．2 论文组织框架

1．6 本章小结

2 面向弯曲开缝的高档拉伸液压机组合机架刚度性能设计

2．1 引言

2．2 高档拉伸液压机组合机架弯曲开缝机理研究

2．2．1 高档拉伸液压机组合机架描述

2．2．2 组合机架弯曲开缝的力学分析

2．3 高档拉伸液压机组合机架参数多目标求解模型构建

2．3．1 组合机架结构参数设计变量的确定

2．3．2 组合机架刚度与质量的目标函数描述

2．4 基于粒子群算法的组合机架结构参数多目标求解

2．4．1 引入变异算子的粒子群算法改进

2．4．2 组合机架尺寸参数设计求解流程

2．5 应用实例

2．5．1 150MN拉伸液压机组合机架结构参数的试验设计及参数描述

2．5．2 150MN拉伸液压机组合机架刚度响应面模型与质量模型建立

2．5．3 150MN拉伸液压机组合机架刚度性能求解及强化验证

2．6 本章小结

3 面向爬行抖动的高档拉伸液压机拉伸滑块运动性能解耦

3．1 引言

3．2 高档拉伸液压机压制过程中滑块爬行抖动机理研究

3．2．1 爬行抖动运动学描述及关键评价指标

3．2．2 拉伸滑块爬行抖动的力学模型描述

3．3 高档拉伸液压机爬行抖动的单自由度摩擦模型分析

3．3．1 拉伸滑块爬行抖动的摩擦模型参数描述

3．3．2 拉伸滑块爬行抖动参数的影响程度确认

3．4 基于TRIZ理论的高档拉伸液压机滑块导向装置的解耦

3．4．1 TRIZ理论中物质-场对耦合分析的描述

3．4．2 物质-场描述下的解耦求解流程

3．5 应用实例

3．5．1 150MN拉伸液压机中爬行抖动问题的耦合描述

3．5．2 150MN液压机导向装置的TRIZ理论-解耦分析

3．5．3 150MN液压机滑块导向设计及其运动性能强化验证

3．6 本章小结

4 面向反胀失效的高档拉伸液压机充液拉深成形性能优化

4．1 引言

4．2 高档拉伸液压机充液拉深过程及其反胀分析

4．2．1 高档拉伸液压机的充液拉深成形过程描述

4．2．2 高档拉伸液压机充液拉深工艺参数描述

4．2．3 充液拉深成形质量的评价指标描述

4．3 高档拉伸液压机充液拉深工艺参数的成形性能仿真

4．3．1 充液拉深过程中拉伸速度的成形性能仿真

4．3．2 充液拉深过程中压边力的成形性能仿真

4．3．3 充液拉深过程中液室液压力的成形性能仿真

4．4 基于敏感度分析的高档拉伸液压机工艺参数提取

4．4．1 Sobol敏感度分析理论模型描述

4．4．2 高档拉伸液压机工艺参数的敏感度提取

4．5 应用实例

4．5．1 150MN拉伸液压机充液拉深工艺的拉伸速度敏感度分析

4．5．2 150MN拉仲液压机充液拉深工艺的压边力敏感度分析

4．5．3 150MN拉伸液压机充液拉深工艺的液室液压力敏感度分析

4．5．4 150MN拉伸液压机充液拉深成形性能强化对比验证

4．6 本章小结

5 高档拉伸液压机性能强化设计与薄板成形仿真应用

5．1 引言

5．2 150MN双动充液拉伸液压机整机研制方案

5．2．1 150MN双动充液拉伸液压机主机设计

5．2．2 整机结构件材料选取及工艺路线编制

5．3 拉伸液压机功能管理模块

5．3．1 压机产品信息管理模块

5．3．2 工艺需求信息管理模块

5．3．3 成形性能仿真管理模块

5．4 150MN双动充液拉伸液压机动静态仿真模拟及工程应用

5．4．1 150MN双动充液拉伸液压机组合机架6阶模态求解

5．4．2 150MN双动充液拉伸液压机薄板成形过程模拟

5．4．3 150MN双动充液拉伸液压机拉伸成形性能仿真

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历

攻读硕士学位期间发表的学术论文和负责参与的科研项目