变截面矩形管的制造与弯曲工艺及参数优化的研究

摘要

矩形管类零件是日常生产生活中特别常见的一种空心管零件，其应用特别广泛，在汽车、石油化工、船舶、建筑和航空航天等领域都大量使用矩形管类零件。变截面矩形管属于矩形管的一种，同普通矩形管相比，它的最大特点就是其变截面特性，这一特性也决定了它成形工艺的特殊性。目前对于变截面矩形管的制造以及弯曲工艺研究很少，现有工艺多是先分别成形两片金属板，之后焊接在一起，这样得到的零件焊缝处应力较大，容易发生断裂，质量得不到保证。针对这一问题，本文以无缝钢管为原料，设计了变截面矩形管的制造以及弯曲工艺。
　　针对变截面矩形管的制造过程，本文设计了四模具径向挤压成形工艺，从二维上模拟研究了其一般变形规律，探究圆管厚径比、摩擦系数和模具速度等参数对变形结果的影响，并提出利用模具反变形来消除圆管内凹缺陷的方法。针对常见厚径比的管件，模拟优化得到了对应的最佳模具弧形度，之后将二维变形规律应用于三维上，成功实现了缺陷的消除。
　　以某一尺寸的变截面矩形管制造为例，本文进行了实验，获得了平面模具与弧形模具的成形结果，并且和模拟结果进行了对比，验证了工艺的可行性与模拟结果的准确性。
　　针对矩形管的弯曲工艺，研究摩擦系数、管坯拐角半径和弯曲模转速等参数对绕弯缺陷的影响规律，设计改进了传统绕弯工艺，提出了无芯轴反补偿法绕弯成形工艺，模拟结果显示这种方法可以有效消除内凹与折叠缺陷;并设计了变半径弯曲模具，针对某一尺寸变截面矩形管，对矩形管件各部位反变形量（大端外壁凸出量、大端内壁凸出量、小端外壁凸出量、小端内壁突出量）进行了参数的优化，以弯曲件内部折叠、外部凹陷程度最小为优化目标，得到不同参数对两者的影响规律，并得到了两组优化参数，之后利用综合平衡法来分析两组优化参数，最终得到了一组最优的工艺参数。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 矩形管的制造工艺研究现状

1．2．1 等截面矩形管的制造工艺研究现状

1．2．2 变截面矩形管制造工艺的研究现状

1．3 矩形管的弯曲工艺研究现状

1．4 课题背景、目的与意义

1．5 课题研究的主要内容与研究方法

第2章 工艺分析与设计

2．1 引言

2．2 矩形管的制造与弯曲现有工艺

2．2．1 矩形管的制造工艺

2．2．2 矩形管的弯曲工艺

2．3 圆锥管变形为矩形锥管的工艺设计

2．4 矩形锥管的弯曲工艺设计

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 Simufact-forming软件介绍

3．3 正方形截面锥管的挤压成形二维数值模拟

3．3．1 坯料厚径比对变形的影响

3．3．2 坯料圆管直径对变形的影响

3．3．3 摩擦对变形的影响

3．3．4 模具下压速度对变形的影响

3．3．5 材料种类对变形的影响

3．3．6 小结

3．4 针对正方形截面挤压成形内凹缺陷的模具优化

3．4．1 变形过程分析与弧形模具的提出

3．4．2 不同厚径比模具弧形度的优化

3．5 圆锥管径向挤压成形正方形锥管的三维模拟

3．5．1 由矩形管尺寸逆推导圆锥管尺寸

3．5．2 模具弧形度的确定方法

3．5．3 圆锥管径向挤压成方锥管的三维模拟

3．6 针对长方形截面挤压成形内凹缺陷的模具优化

3．6．1 长宽比为2：1的长方形截面变形模具弧形度优化

3．6．2 长宽比为3：2的长方形截面变形模具弧形度优化

3．6．3 长宽比为4：3的长方形截面变形模具弧形度优化

3．7 圆锥管径向挤压成形长方形锥管的三维模拟

3．8 本章小结

4．1 引言

4．2 实验准备

4．2．1 有限元模拟及优化

4．2．2 实验模具设计

4．2．3 实验材料的选取

4．2．4 实验设备的选取

4．3 实验过程与结果

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 等截面矩形管的无芯轴绕弯成形工艺

5．2．1 摩擦的影响

5．2．2 管坯拐角半径的影响

5．2．3 弯曲模转速的影响

5．2．4 管坯厚径比的影响

5．3 等截面矩形管无芯轴反补偿法绕弯成形

5．3．1 反补偿法绕弯成形工艺的提出

5．3．2 等截面矩形管反补偿优化及变形分析

5．4 变截面矩形管无芯轴绕弯成形反补偿优化

5．4．1 变截面矩形管弯曲过程的分析

5．4．2 变截面矩形管绕弯过程的模型建立

5．4．3 变截面矩形管弯曲工艺模拟与结果分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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