多道次普通旋压成形机理与旋轮运动轨迹作用的研究

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1、摘要多道次普通旋压成形机理与旋轮运动轨迹作用的研究多道次普通旋压是一种先进的金属塑性加工技术，在航空、航天、兵器等领域中得到了日益广泛的应用。然而，多道次普通旋压成形机理复杂，尤其是多道次普通旋压的旋轮轨迹对旋压成形规律、成形质量与加工效率具有重要的影响。本文针对当前多道次普通旋压成形理论及旋轮运动轨迹作用机理研究明显滞后，旋轮运动轨迹的选取依然是依靠经验和反复试验获得的研究现状，采用计算机数值模拟、理论分析与实验研究相结合的方法，对多道次普通旋压成形机理及旋轮运动轨迹的影响进行了系统深入的研究，主要取得以下几方面的研究结果。根据多道次普通旋压成形过程的特点，建立

2、了符合实际的多道次普通旋压成形过程的力学分析模型，系统深入地研究了多道次普通旋压弹塑性有限元模拟中的连续加载、材料强化以及边界条件处理与网格重新划分等关键技术问题，并进行了有效处理。基于弹塑性有限元基本原理，自主开发了多道次普通旋压有限元数值模拟系统MPCS(Multi．PassConventionalSpinning)；该系统具有用Jj界面友好、功能齐全、针对性强、计算快捷与运行可靠等特点，适用于多道次普通旋压成形过程的数值模拟分析。采用所开发的多道次普通旋压有限元数值模拟系统MPCS，对多道次普通旋压旋轮单向式道次贴模、单向式道次不贴模和往复式三种加载方式下旋

3、压成形机理进行了系统研究，获得了板料的网格变形图及应力应变分布图。结果表明：①不同硬化指数材料对多道次普通旋压成形中的应力应变分布趋势影响很小，而硬化指数大的板料旋压时变形相对均匀：②三种方式下旋压成形中板料直线部分变形基本相似，其中单向道次贴模的贴模部分厚向应变较大，变形最剧烈：往复式旋压板料变形最均匀，但加工硬化现象比较严重：③与旋轮接触板料的外侧部分变形较大；旋轮每一进给步仅使旋轮附近板料发生变形，板料的内侧径向受拉，外侧径向受压，而板料周向均受压；④参与变形板料部分的应力、应变均随道次的增加而增大，变形程度也随道次的增加而加剧。利用所开发的多道次普通旋压有

4、限元数值模拟系统MPCS，系统地研究了多道次普通旋压中旋轮运动轨迹曲率半径对最大径向应力、最大周向应力和最大西北工业大学工学博士学位论文厚向应变的影响，进而揭示了旋轮运动轨迹曲率半径对多道次普通旋压成形的影响规律。结果表明：①对于不同直径、不同厚度的毛坯，旋轮运动轨迹曲率半径对其最大应力和最大应变的影响规律基本相同，即，最大应力和最大应变随旋轮运动轨迹曲率半径增加而增大：在旋轮轨迹曲率半径增加至一定数值后，对最大应力和最大应变的影响很小；其中直线轨迹下的应力和应变最大；并且随毛坯直径的增大，最大应力和应变增加：②随着入旋角的增大，旋轮运动轨迹曲率半径对最大应力和最

5、大应变的影响逐渐显著；③随着道次的增加，旋轮运动轨迹曲率半径对最大应力和最大应变的影响增大。提出了旋轮运动轨迹相对曲率半径的概念：利用所丌发的多道次普通旋压有限元模拟系统MPCS，深入分析了旋轮运动轨迹的相对曲率半径对板料变形区不同部位的最大径向应力、最大周向应力和最大厚向应变的影响；以降低不均匀变形程度为目标，对多道次普通旋压中旋轮运动轨迹的确定进行了研究，获得了合理选择旋轮运动轨迹相对曲率半径的依据，进而提出了基于变形区分区确定旋轮运动轨迹相对曲率半径的方法。结果表明：①当入旋角较小时，相对曲率半径应选择较小值，但应由内向外逐区增大；②当入旋角较大时，针对芯模

6、圆角变形区应选1．5～2的相对曲率半径：针对中间变形区应选择1．5左右，针对外缘变形区的只需选择大于中间变形区的即可；③随着道次的增加，相对曲率半径应在①、②基础上增大。这为通过数字控制旋轮运动轨迹提高旋压成形质量具有重要价值。关键词：多道次，普通旋压，旋轮运动轨迹，相对曲率半径，弹塑性有限元，计算机数值模拟，不均匀变形--1IResearchonFormingMechanismofMulti—PassConventionalSpinningProcessandinfluenceofRoller．traceontheProcessAbstractMulti—pas

7、sconventionalspinning，usedaSarladvancedplasticfomlingtechnology，hasbeenwidelyappliedtomanyfields，suchasAeronautics，AstronauticsandWeaponry，etc，However，formingmechanismofmulti—passconventionalspinningiscomplex，andespeciallytheroller—tracehasanimportantinfluenceonspinningforminglaw，form

8、ingqu