曲面板材滚压拉伸成形工艺及数值模拟研究

【摘要】滚压拉伸成形采用聚氨酯柔性辊为滚压成形工具，结合拉伸成形工艺，实现曲面件的成形。与传统滚压和拉伸成形相比，该成形方法既可以实现曲面件的连续、柔性成形，又可以减小卸载后的回弹，有利于提高成形精度。本文采用有限元软件建立滚压拉伸有限元模型，对球形件、鞍形件和自由曲面件进行滚压拉伸成形数值模拟研究，对比研究滚压拉伸成形和传统拉伸成形过程中的工件上应力应变及回弹变化，分析不同参数对滚压拉伸成形工艺及回弹的影响，并进行了相关的实验。论文介绍了滚压拉伸成形工艺特点，对比分析了滚压拉伸成形和拉伸成形过程中成形件的应力应变状态。在传统的滚压成形过程中，材料质点受到三向压应力，引起板材塑性变形的应力偏量很低，板材的塑性变形受阻，不能发生较大的变形。在拉伸状态下，板材在成形过程中的应力状态表现为单向拉应力，板材易发生塑性变形。当对板材施加滚压拉伸复合加载时，板材弯曲方向外侧质点受两向拉应力一向压应力，弯曲方向内侧质点虽受三向压应力，但是引起材料塑性变形的应力偏量增加，板材容易发生塑性变形。论文基于有限元理论详细分析的基础上，针对球形件、鞍形件和自由曲面件的滚压拉伸成形过程构建了有限元模型，并进行了数值模拟研究。结果表明：随着板材两端延伸量的增大，塑性应变增加，但是，当延伸量过大时，成形件容易发生断裂；多次滚压有利于成形区塑性变形由板材内、外表面向中间的扩展，使板材的塑性变形更加充分；对于球形件，随着板材厚度的增加，板材内表面材料的压缩变形和外表面材料拉伸变形程度增大，塑性应变值增大；对于鞍形件，随着板材厚度的增加，成形区内最大塑性应变值逐渐减小，而最小塑性应变值呈增大的趋势；对于自由曲面件，随着板厚的增大，自由曲面件的等效塑性应变最大值逐渐减小，而等效塑性应变最小值呈增大的趋势。论文针对不同板材厚度和不同滚压次数对不同形状曲面件成形过程中的回弹进行了数值分析，结果表明：球形件、鞍形件和自由曲面件的回弹随着板材厚度的增加而减小；多次滚压能明显减小球形件、鞍形件和自由曲面件的回弹。论文的研究方法与结论对板材曲面件的成形具有一定的指导意义。
【作者】甄娇娇；
【导师】胡志清；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】滚压拉伸成形；板材曲面件；数值模拟；回弹；

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