毕业论文范文——钛合金板材弯曲成形数值模拟及应用研究

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1、西安航空职业学院毕业论文钛合金板材弯曲成形数值模拟及应用研究姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:9摘要为了进一步研究TA15板材的冷折弯成形规律，基于金属板料成形有限元模拟成形软件PamStamp2G，对TA15板材冷折弯过程进行了模拟仿真，分析了凸模行程、凹模跨度、凸模圆角等成形参数对板材折弯后回弹的影响规律，并对TA15板材折弯的极限角度、回弹角度进行了研究。同时开展了相关工艺试验，通过对比模拟结果与试验数据，发现两者趋势基本一致，结果较为吻合，验证了PamStamp2G有限元仿真在T

2、A15板材冷折弯成形过程中应用的有效性和可行性。关键字有限元模拟,冷折弯,钛合金1引言板料折弯是典型的弯曲成形，弯曲成形理论模型的研究始于20世纪初，Ludwik建立了梁塑性弯曲的工程理论。1950年，Hill建立了塑性弯曲的精确数学理论，奠定了板料弯曲成形的理论基础[1]。随着计算机技术和塑性成形理论的发展，有限元理论和仿真软件出现，并在板料成形领域的发挥着重要作用。板料折弯变形可分自由弯曲、反向弯曲和校正弯曲，钛合金板的折弯适用于成形小角度零件，宜采取自由弯曲形式。自由弯曲是一个存在材料非线性、几

3、何非线性和边界条件非线性等多重因素的复杂非线性过程，材料性能和尺寸、机床速度和压力、模具行程和尺寸等均影响零件成形质量，传统的解析方法难于获得合理的精确解，而有限元的发展和应用为该类复杂问题的解决提供了有效的途径[2]。本文结合有限元模拟与试验，研究折弯零件的应力与应变、角度、回弹、破裂等状态。板料弯曲回弹的大小与弯曲件的形状、材料的力学性能、成形方式以及模具间隙等许多因素都有关系，这使得回弹的分析与计算较为复杂。而且回弹现象的存在严重降低了成形零件的精度和质量，给零件的后续使用及装配带来很大的困难，

4、严重影响了企业的生产效率，并有可能因此埋下很大的安全隐患。因此，对回弹现象进行深入的研究，精确预测回弹大小并有效控制回弹是很有必要的。2零件特点图1所示为简单折弯件，材料为TA15M钛合金板材，厚度为δ1.0mm，其中弯曲半径R为1mm，折弯两种角度，弯曲角分别为7.6°和5.8°。考虑到生产效率和制造成本，该零件选择选择冷折弯成形。该零件折弯的难点在于成形装备的选择、回弹的预估、折弯成形极限的判定，从不产生裂纹和提高成形精度两个方面控制零件质量。弯曲成形是将板料、棒料、型材或管料等弯成一定形状和角度

5、的零件的一种冲压成形工序。弯曲成形工艺有V形弯曲、U形弯曲、角弯曲、滚弯曲、拉弯成形等多种成形工艺。弯曲成形和所有的塑性成形工艺一样，都有弹性变形，卸载后弯曲件会产生一定的回弹，使得弯曲件的弯曲中心角和弯曲半径变得与模具尺寸不一致。9图1折弯件示意图3折弯成形有限元模型的建立采用金属板料成形专业有限元模拟成形软件PamStamp2G，对TA15板材冷折弯过程进行模拟仿真，整个过程分为两个阶段，即基于显式算法的折弯塑性成形阶段，和基于隐式算法的卸载回弹阶段。根据零件特点，本文主要模拟研究了凸模行程、凹模

6、跨度、凸模圆角的变化等参数对板材折弯角度和回弹的影响。通过有限元模拟分析研究折弯成形过程中零件的应力应变状态和卸载过程中出现的回弹现象，同时预测折弯的成形极限角度，从而指导生产成形设备和工装的选择，避免出现折弯过程中的破裂等缺陷。成形过程的有限元数值模拟的建模过程中，在保证模拟计算精度的前提下为节约计算时间忽略了模具的弹性性质，将凸模和凹模简化为刚性约束面，而将板料设为可变形体，采用八节点六面体三维等参数单元划分网格，并在板料弯曲范围局部细化单元尺寸以提高其变形仿真精度，为了更好地与实际折弯试验进行比

7、较分析，选用了精度较高的正交各向异性材料模型，其中所建有限元模型如图2所示。图2折弯成形有限元分析模型为了使有限元模拟结果更接近于板材的实际变形性能，对厚度为1mm的TA15材料做了室温拉伸试验，得到的材料的基本性能参数如表1所示。表1TA15板材室温拉伸基本性能参数杨氏模量（GPa）泊松比密度（Kg/mm3）加工硬化指数厚向异性指数r0r45r901140.334.43e-60.29350.6121.1210.4424有限元数值模拟94.1折弯件的应力状态分析折弯件的回弹，跟成形过程中折弯零件所受的

8、应力状态密切相关。考虑到实际折弯件的尺寸较大等特性，本文在分析折弯成形的应力状态时只取折弯件的折弯部分进行局部应力状态分析。其中图3为折弯件卸载前的主应力分布云图，图4为折弯件卸载前的次应力分布云图。从图3中可知，折弯件内表面主应力为压应力，外表面主应力为拉应力，中性层主应力接近为零，折弯两直边所受主应力接近为零；从图4中可知，折弯件内表面次应力为压应力，外表面次应力为压应力，中性层次应力接近为零，折弯两直边所受次应力仍接近为零。这里主应力主要是指环向应