非轴对称类管件缩径旋压的数值模拟与参数优化的研究

摘要

旋压属于无切削连续局部回转成形加工范畴。旋压成形具有瞬问的变形区小，所需总的变形力较小，成形精度高，材料利用率高及模具费用低等特点。三维非轴对称类零件旋压工艺突破了传统旋压技术的范畴，本论文研究课题属于国家自然科学基金项目“三维非轴对称零件旋压成形理论与方法研究”的一部分，主要研究非轴对称类管件旋压成形的数值模拟网格自适应与参数优化技术。 本文在对有限元理论和非轴对称管件缩径旋压工艺进行深入分析的基础上，通过对有限元软件MARC的二次开发，建立了符合实际工艺的非轴对称类管件旋压的三维弹塑性有限元模型，该模型采用子程序实现网格自适应技术，提高了计算精度并保证了计算效率。采用往程旋压方式，利用网格自适应技术，通过非轴对称类旋压的数值模拟与正交试验的结合，研究了主要工艺参数(偏移量、倾斜角、名义压下量、进给比、旋轮圆角半径、旋轮直径)对成形尺寸精度(壁厚偏差、椭圆度和直线度)的影响显著的主次顺序；同时对各工艺参数对尺寸精度指标的影响规律进行了分析，并从金属塑性流动、受力分析、回弹及所受转矩等方面给予了解释；根据影响规律给出了几组较好的工艺参数组合，然后利用灰色决策理论进行了效果测度，分别得到了偏心类和倾斜类的最优参数组合。 在有限元数值模拟的基础上，利用华南理工大学机械工程学院自制的HGPX．WSM数控旋压机床进行了工艺试验。对比了试验结果与模拟结果的误差范围，结果表明，数值模拟的结果是可信的；对成形管件的壁厚偏差和椭圆度进行了研究，试验结果与模拟分析规律相同；总结了非轴对称类管件旋压时的工艺参数选取的一般原则和注意事项，为产品的质量保证提供了参考；最后对后续的研究工作进行了展望。 综上所述，通过本文的研究分析，实现了网格自适应技术的应用，分析了各工艺参数对尺寸精度的影响，达到了参数优化和理论指导实践的目的。本文研究具有较高的理论意义和实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2旋压技术的概述及其发展状况

1.2.1旋压技术的历史发展

1.2.2旋压参数优化的有限元模拟研究概况

1.2.3旋压参数优化的工艺试验研究现状

1.3项目课题的提出

1.3.1项目研究的来源、背景

1.3.2项目课题的国内外研究现状

1.4课题的主要研究内容

1.5课题的研究意义

1.6项目课题的创新与贡献

1.6.1模拟手段方面

1.6.2研究方法方面

第二章大变形弹塑性有限元基本理论

2.1引言

2.2有限元变形理论基础

2.2.1有限元法简介

2.2.2应变度量与应力度量

2.3大变形材料非线性的有限元分析

2.3.1弹塑性应力应变关系

2.3.2屈服准则和本构关系描述

2.3.3弹塑性增量迭代有限元分析

2.4有限元求解方程

2.5本章小结

第三章旋压成形数值模拟网格自适应技术的研究

3.1引言

3.2有限元数值模拟的关键技术

3.2.1材料模型的建立

3.2.2非轴对称管件旋压工艺及力学模型

3.2.3有限元离散化

3.2.4运动关系及边界处理

3.2.5摩擦模型及摩擦系数

3.3网格自适应技术的研究

3.3.1网格划分基本原则

3.3.2网格自适应准则及加密等级

3.3.3网格自适应加密及其可逆技术的研究应用

3.4算例及验证

3.4.1计算效率和内存占用的比较

3.4.2计算结果的比较分析

3.5本章小结

第四章非轴对称管件缩径旋压参数优化的研究

4.1引言

4.2基于数值模拟的旋压工艺过程分析

4.2.1基于数值模拟的旋压工艺流程

4.2.2数值模拟结果的后处理分析

4.3正交试验方法

4.3.1正交试验简介

4.3.2正交表及试验评价指标的确定

4.4倾斜类工艺参数对成形质量影响的研究分析

4.4.1倾斜类工艺参数对壁厚偏差△εt的影响

4.4.2倾斜类工艺参数对椭圆度△εD的影响

4.4.3倾斜类工艺参数对直线度偏差△εl的影响

4.5偏心类工艺参数对成形质量影响的研究分析

4.5.1偏心类工艺参数对壁厚偏差△εt的影响

4.5.2偏心类工艺参数对椭圆度△εD的影响

4.5.3偏心类工艺参数对直线度偏差△εl的影响

4.6基于正交试验方案的灰色决策分析

4.6.1灰色决策分析简介

4.6.2倾斜类灰色决策分析及决策系统的软件设计

4.6.3偏心类灰色决策求解分析

4.7本章小结

第五章非轴对称管件缩径旋压成形试验研究

5.1非轴对称管件旋压成形试验简介

5.2模拟结果与试验结果的对比

5.2.1试验条件

5.2.2工艺参数对成形质量影响的试验分析

5.3非轴对称类管件缩径旋压成形的试验研究

5.3.1非轴对称类管件成形单道次试验

5.3.2网格圆法对材料轴向塑性流动的研究

5.5本章小结

第六章结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

评定意见