箭体板材框冷弯成型工艺设计与仿真模拟分析

摘要

近年来我国的航空航天事业发展较快，加大了对运载火箭的需求，其中箭体板材框是运载火箭舱段壳体重要的承力件，现已成为完成各项任务主要的瓶颈之一。传统的加工方法采用折弯与冲压相结合的方式，需要较多的模具，各个模具的功能比较单一，相互之间的关联性较差，致使箭体板材框的质量较差，生产效率较低。另外，国内许多企业在生产之前还需要做大量的实验，增加了生产成本，延长了产品设计周期。针对这种现象，文章对箭体板材框的成型采用冷弯成型工艺与有限元仿真模拟相结合的方法。所做的具体工作如下：　　(1)以冷弯成型工艺设计理论为基础，选取箭体板材框的一种规格，针对几字形断面提出两种成型方案，分别为等成型角度差和变成型角度差成型方案。根据两种成型方案绘制出各个道次的变形分配图以及配辊图，并且利用三维建模软件SolidWorks对冷弯成型过程中的板材以及各个道次上的上下轧辊进行三维建模与装配。　　(2)基于显式动力学弹塑性有限元法的基本理论，利用有限元分析软件ANSYS中的显式动力学分析模块，针对两种方案的成型过程进行仿真模拟分析。结果显示：板材在刚进入轧辊时，其受力和产生的变形非常不稳定，如果初始道次的成型角度偏大，很容易造成堆料现象；板材在成型过程中所受到的最大应力和产生的最大等效应变均出现在板材与轧辊接触的弯角处；板材在中间的成型道次会发生很大的塑性变形。对比两种成型方案的模拟结果，发现变成型角度差成型方案要优于等成型角度差成型方案。　　(3)针对板材的成型速度、成型角度以及板材厚度，研究工艺参数对箭体板材框冷弯成型的影响。对板材在不同成型速度下的仿真模拟结果进行分析研究，认为箭体板材框的最佳成型速度为1m/s；对板材在不同成型角度下的仿真模拟结果进行分析研究，认为对箭体板材框进行冷弯成型工艺设计时，初始道次的成型角度最好不要大于10°；对不同厚度的板材进行仿真模拟分析研究，认为板材的厚度小于2mm时，适当的增加板材的厚度可以提高板材变形的稳定性。

目录

声明

变量注释表

1 绪 论

1.1 引 言

1.2 国内外冷弯成型的发展与研究现状

1.2.1 国外冷弯成型的发展与研究现状

1.2.2 国内冷弯成型的发展与研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4.1 主要的研究内容

1.4.2 主要的研究方法

2 冷弯成型基本理论及工艺设计分析

2.1 冷弯成型基本理论

2.1.1 几何非线性有限元理论

2.1.2 材料非线性有限元理论

2.2.1冷弯机组能力分析

2.2.2孔型设计

2.2.3轧辊设计

2.3 本章小结

3 箭体板材框冷弯成型工艺设计

3.1 产品简介

3.2 箭体板材框成型自动化生产线流程设计

3.2.1 切料和中心定位

3.2.2 板材框断面柔性辊轧成型

3.2.3 直线板材框的姿态调节

3.2.4 板材框弧形渐变式辊弯成型

3.2.5 板材框缺口冲制

3.2.6 时效去应力及校形

3.3 型材断面宽度的计算

3.4.1 成型基本中心线的确定

3.4.2 孔型系统的选择

3.4.3 成型道次的确定

3.4.4 成型弯曲角度的确定

3.4.5 成型底线的确定

3.5.1 变形区长度及水平机架数量的计算

3.5.2 成型辊轴径的计算

3.5.3 成型功率的计算

3.6 辊花图设计

3.7 轧辊与配辊图

3.8 本章小结

4 箭体板材框冷弯成型过程仿真模拟分析

4.1 箭体板材框成型过程仿真模拟方案设计

4.2.1 箭体板材框三维模型的导入

4.2.2 定义单元类型、材料模型

4.2.3 划分网格

4.2.4 定义接触

4.2.5 初始条件和约束载荷

4.2.6 能量和沙漏控制

4.3 单个成型道次内的仿真模拟结果分析

4.3.1 单个成型道次内的等效应力应变分析

4.3.2 关键单元等效应力应变分析

4.4 两种成型方案的仿真模拟结果对比分析

4.4.1 第一道次仿真模拟结果

4.4.2 第二道次仿真模拟结果

4.4.3 第三道次仿真模拟结果

4.4.4 第四道次仿真模拟结果

4.4.5 第五道次仿真模拟结果

4.4.6 第六道次仿真模拟结果

4.5 本章小结

5 工艺参数对箭体板材框冷弯成型的影响

5.1 不同成型速度对产品的影响

5.2 不同成型角度对产品的影响

5.3 不同板材厚度对产品的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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