无模约束自由变形规律与管轴压精密成形过程的研究

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1、无模约束自由变形规律与管轴压精密成形过程的研究‘摘要f管轴压精密成形，可以利用简单模具成形制造其他方法难以获得的复杂形状零件，能够发展成为一种集省能、柔性、高效、精密于一体的先进塑性加工技术。无模约束自由变形规律、与之相关的失稳起皱、开裂以及成形参数的确定与优化是管轴压精密成形这一先进塑性加工过程研究和发展中迫切需要解决的关键问题。为此乒本文着重采用计算机数值模拟，并和理论解析与试验研究相结合，通过系统深入的研究，取得了如下主要新进展：(1)深入研究了管轴压成形过程，建立了面向圆角模和锥形模管轴压精密成形过程的有限元模型

2、，对剐塑性有限元模拟中所涉及到的关键技术问题提出了处理方法：自主开发了成形过程模拟并可预测失稳起皱和开裂的管轴压精密成形刚塑性有限元数值模拟系统TACF(TubeAxialCompressiveForming)。f实验验证表明该系统可靠，为系统深入研究这一过程提供了一种先进手段。卓(2)深入研究了圆角模和锥形模管轴压成形过程，揭示了变形模式转换及无模约束自由变形的机理，获得了成形参数对无模约束自由变形及管轴压成形的影响规律。f结果表明：成形过程中存在着变形模式的转换，而模具参数是其决定性因素；随着模具半锥角的减小或圆角半

3、径的增大以及管坯相对厚度的减小，生成的双层管间隙不断增大，并且模具半锥角越大，变形将越早地进入稳态成形从而生成双层管的直壁部分；材料参数和摩擦条件对双层管间隙的影响较小，而对成形力影响较大。4(3)系统地研究了管轴压成形过程失稳开裂和起皱的机理，采用能量原理建立了起皱和开裂的判断准则：提出了基于失稳准则与有限元数值模拟相结合的成形过程失稳预测方法；揭示了失稳起皱和开裂的影响因素及其影响+国家自然科学基金(59；；5055)、高等学校优秀青年教师科研奖励计划和西北工业大学博士论文创新基金(G14109)资助项目西北工业大学

4、博士学位论文，规律。0结果表明：管坯相对厚度越大、材料硬化指数越小，管坯越容易发生开裂或起皱而难以实现稳定成形；对于圆角模管轴压成形存在一个最大模具圆角半径使不发生失稳开裂，存在一个最大和最小模具圆角半径的区域，使得成形过程不发生起皱；对于锥形模管轴压成形存在一个最小和最大模具半锥角区间，使得不发生失稳开裂和起皱。从而为管轴压精密成形过程参数的确定和优化提供了理论依据。Jf4)采用所并发的有限元数值模拟软件，系统研究了管轴压成形的可行性，获得了稳定成形参数的取值范围；建立了基于回归分析的成形结果与成形参数之间的关系，在此

5、基础上实现了管轴压成形参数有限元快速确定与优化。f对圆角模管轴压成形的应用表明该方法是可靠实用的，为实现管轴压精密成形工艺参数的合理选取提供了方法和依据。本文的研究成果对丰富管塑性成形理论，发展和利用管轴压精密加工技术具有重要意义，也为先进塑性加工技术的研究与开发提供了新思路。、J关键词：管轴压；圆角模，锥形模i有限元i自由变形i失稳开裂，一失稳起皱AStudyofFreeDeformationLawunderDielessConstraintandTubeAxialCompressivePrecisionForming

6、ProcessAbstraetTubeaxialcompressiveforming,withwhichcarlformacomplicatedpartwithsimplediethatisdifficulttobemanufacturedbyanyothertechnique．Canbedevelopedintoailadvancedplasticformingtechnologywithlowconsumption，goodflexibility,highefficiency,andhi曲formingprecisi

7、on．mfleedeformationlawunderdielessconstraint，thedeterminingandoptimizationofformingparameter,andtearingandbucklingfailureduringtheprocessarethekeyproblemsurgentlytobesolvedfortheresearchanddevelopmentoftheformingprocess．Inthisdissertation，asystematicalandthorough

8、investigationonthetubeaxialcompressiveformingprocesshasbeencarriedoutbyusingr／‘gid-plasticFEMsimulationcombinedwiththeoreticalanalysisandexperiment．111enewachi