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药型罩强力旋压的数值模拟结果分析
浏览: 发布日期:2019-08-21

  有限元模型文章编号: 1672- 0121( 2008) 02- 0085- 03 药型罩强力旋压的数值模拟结果分析 燕山大学,河北 秦皇岛 066004) 摘要:根据实际工件的尺寸及成形情况, 建立了变壁厚药型罩旋压时的数学模型。应用 ANSYS 软件对其 成形过程进行了三维有限元数值模拟, 得出了成形过程中变形区应力、应变分布规律, 并分析了偏离正弦律 对成形的影响。最后根据模拟结果, 对在成形过程中出现的缺陷及原因进行了分析。 关键词: 机械制造; 强力旋压; 变壁厚锥形件; 数值模拟 中图分类号: TG335.19 文献标识码: 引言目前, 强力旋压加工在航空航天、汽车、船舶制 造等行业中应用十分广泛, 对成形的技术和质量要 求越来越高。但是, 多重非线性因素影响,变形的理论研究进展比较慢。 近年来, 随着计算机技术的发展, 各种有限元计算方 法在材料成形研究中得到了广泛应用。本文以变壁 厚锥形件成形过程为例, 利用 ANSYS 软件对其进行 了数值模拟, 并对结果进行了分析, 将为后续研究和 生产实践提供参考。 7436个节点; 有限元模型建立2.1 几何模型的建立 在实际加工中, 坯料在夹紧装置的固定下随芯 模旋转, 同时旋轮在坯料外部作轴向和径向进给运 动。有限元建模时将按照实际的工艺条件, 对一些相 关因素进行必要的假设和简化, 以利于模拟的顺利 进行。设定坯料不动。因为在 ANSYS/LS- DYNA 旋转运动很难实现,模拟时, 坯料是变形体, 元划分密,实现旋转运算量太大, 模拟时间长, 不易 控制。设芯模和旋轮为刚体。生产中, 是实体,其变形量和坯料比较很小, 可以看成是无变 形刚体, 同时, 可减少单元数目和运算时间。几何模 型见图 2.2网格划分 映射网格适用于形状规则的体和面的划分。药型SHELL163, 单元,1829 个节点。有限 元模型见图 有限元模拟结果分析3.1 进给率对应力应变的影响 0.25mm/r, 0.5mm/r, 0.75mm/r, 1mm/r 进行数值模拟, 析旋轮进给率的变化对工件旋压成形的影响。药型罩强力旋压成形过程中, 等效应力随进给率的变化 如图 所示。从图中可知, 当其他条件一定时, 随旋轮进给率 收稿日期: 2007- 12- 28 、CAD/CAM 教学科研 的增大, 等效应力呈增长趋势, 并最终趋于一极限 值。即当旋轮的进给率比较大时, 等效应力不随旋轮 进给率0.25mm/r 进给率0.5mm/r 进给率0.75mm/r 进给率1mm/r 等效应力随进给率的变化111 107106 0.250.50 0.75 1.00 1.25 旋轮进给率/mm/r 进给率0.25mm/r 进给率0.5mm/r 进给率0.75mm/r 进给率1mm/r 等效应变随进给率的变化1050 0.250.50 0.75 1.00 1.25 旋轮进给率/mm/r 等效应变随进给率的变化13.6 13.5 13.113.0 0.250.5 偏离正弦律 ECIAL MING进给率变化, 并且在药型罩锥底圆角过渡处, 出现最 大等效应力。 这是由于进给率较小时, 药型罩在旋轮前一转 所形成辗压带与后一转所形成辗压带部分重合, 当于缩小了变形区范围,因此, 所需旋压力小; 随着 进给率增大, 重叠部分宽度缩小, 大。当进给率增大到前后转形成的辗压带不重叠时,若继续增大进给率, 只是增大了两辗压带之间的距 不能改变旋轮的作用区域,因而旋压力的变化不 等效应力变化不大。轴向旋压分力也增大, 所以总的旋压力增大。随着偏 离正弦律程度的增加, 旋压力同时也增加, 容易造成 锥形件与芯模、尾顶的摩擦力矩小于旋压力矩, 随着偏离正弦律程度的增大,锥形件内 壁与芯模越来越不贴合, 由于旋轮对材料表面辗压 作用的减小, 旋压力也有所下降。此时, 易导致母线 方向厚度的局部变薄和工件在芯模上旋转。 由于正偏离和负偏离都有可能造成工件与芯模 之间的相对滑动, 为了消除这种现象, 应该采用同步 旋压装置如图 所示。以保证在强力旋压过程中工件与芯模以同一速度旋转, 从而消除由于偏离正弦 律而引起的工件与芯模之间的相对滑动。 药型罩强力旋压成形过程中, 率的变化如图 所示。等效应变随进给 从图中可知, 当其他条件一定时, 随旋轮进给率 的增大, 等效应变呈增长趋势, 应变最大值出现在锥 底圆角过渡处和坯料与旋轮接触处。这说明在药型 罩成形过程中, 由于圆弧段的存在而导致了变形的 不均匀, 在锥底圆角过渡处容易产生断裂等缺陷。所 实际生产中, 对圆弧段要加以控制, 以免产生废 。坯料与旋轮接触处出现局部等效应变最大值, 形过程动态显示分析有关。偏离正弦律程度 旋轮与坯料的接触面积增大,因此, 径向分力 缺陷的产生及分析强力旋压时, 局部压力相当高, 材料在进行旋压 变形时, 由于工艺参数选择不当、旋压设备的原因等 86特种成形 10材料失稳缺陷 ECIAL MING当正偏离过大时, 由于减薄不足, 降低了贴模 旋压过程相当于无压边圈的冲压变形,芯模相当 旋轮相当于凹模,材料失稳, 旋压时材料没 贴模就被拉伸, 产生局部变薄, 壁薄时凸缘沿圆周方 向起皱成波浪形; 当负偏离过大时, 由于减薄过度, 金属材料在旋轮前聚集, 金属向前流动的阻力增大, 此时,旋压件内部存在沿母线方向压应力和沿圆 周方向拉应力, 在这些应力作用下, 旋压件局部出现 由于这些缺陷都是由偏离正弦律旋压造成的,因此, 为避免这些缺陷, 必须尽量减小偏离正弦律程 度。为此, 应正确调整旋轮与芯模的间隙, 并严格控 严格控制旋压工艺系统的弹性变形等一些实际生产中不可避免的因素, 使偏离正 弦律程度越小越好。 都会使旋压间产生表面疵病及其他缺陷。当偏离正弦律程度等于 0.25 工件与芯模之间出现不贴模现象, 如图 9a 所示; 当偏离正弦律程度等于- 0.35 出现回挤和鼓凸现象,如图 9b 所示; 当偏离正弦 律程度等于 0.25 出现凸缘起皱现象,如图 10 结束语本文对变壁厚药型罩的强力旋压成形过程进行 了数值模拟。根据成形工艺特点, 建立了几何模型、 有限元模型, 得到了成形过程中应力应变场、旋压力 变化曲线等结果, 并对旋压过程中出现的缺陷进行 了分析。模拟结果与实际情况较吻合, 为今后的研究 和实际生产提供了参考。 【参考文献】 刚.容器碟形封头球冠部分变形时三维有限元数值模拟.塑性工程学报, 2001, :39-41. 马泽恩.筒形件强力旋压与旋压力计算.北京:第一届旋压会议论 文集, 1980:35- 52. 小锥角零件多道次剪旋成形实验研究.材料科学与工艺, 2004,( :33-40. 涛.管材弯曲成形的有限元模拟与实验分析.锻压装备与制造技术medicine-shaped cover numericalsimulation deforming have been analyzed. eywords: Force spinningU Thicken cone- shaped partU Numerical simulation ken ken 87特种成形PK牛牛

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