鞍形件柔性夹钳拉形的数值模拟研究

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1、鞍形件柔性夹钳拉形的数值模拟研究NumericalSimulationResearchonFlexibleClampStretchingofSaddle-shapedPart作者姓名：陈超群专业名称：材料加工工程指导教师：付文智教授学位类别：硕士答辩日期：2015年5月31日摘要摘要鞍形件柔性夹钳拉形的数值模拟研究建国以来，我国的航空工业得到了迅猛发展。蒙皮件作为航天器的核心部件，对其要求也水涨船高，不仅蒙皮件的曲面形状愈来愈复杂，而且对蒙皮件的成形质量、成形精度和成形效率提出了更高的要求。传统拉形机在成形蒙皮件时会出现板材不易贴模、容易产生拉裂

2、或起皱等成形缺陷、材料利用率低下等问题，再加之其高昂的设备成本、复杂的操控系统，大大制约了拉形技术向其他领域拓展。为了解决上述问题，吉林大学研制出了具有自主知识产权的高柔性多夹钳拉形机。该拉形机不仅能明显改善双曲率工件的成形质量，缩短过渡区的长度，提高材料的利用率，而且控制系统相对简单，降低了制造成本，为拉形工艺在其他领域推广创造了有利条件。柔性夹钳拉形是在传统拉形的基础上经过改进而来的一种板材成形技术。在成形过程中，若干个离散夹钳取代传统的整体夹钳夹紧板材，液压缸提供的成形力与板材变形产生的阻力在万向节处经过自协调使柔性夹钳随形摆动，从而实现成

3、形。本文的主要研究内容及结论如下：(1)分析高柔性多夹钳拉形机的成形原理及其优越性。简单介绍有限元的理论基础，并用有限元分析软件ABAQUS建立了相关的数值模拟模型。(2)对比采用柔性夹钳和刚性夹钳成形鞍形件，建立两种拉形过程的数值模拟模型，并对数值模拟结果进行对比分析。结果表明：采用刚性夹钳成形鞍形件时，夹持区边缘会出现应力集中，且需要设置很长的过渡区；柔性夹钳拉形时能够改善鞍形件的应力应变分布，缩短过渡区长度，提高材料利用率。(3)研究有关工艺参数如预拉力、摩擦系数和加载幅值曲线等对鞍形件柔性夹钳拉形的影响。结果表明：合适的预拉力不仅改善成形

4、件的应力分布，降低成形难度，也可以减小成形后鞍形件的回弹量，提高成形精度。摩擦系数对鞍形件成形的影响是双向的，摩擦系数过小时，板材容易侧滑，出现起皱现象，摩擦系数过大时，过大的摩擦阻力会阻碍板材金属的流动，影响了成形件的应力分布，导致成形质量差。采用恰当的加载幅值曲线可以有效的抑制起皱的发生，特别是成形曲率较小的鞍形件时，在初始阶段，采用平缓的垂直方向力的加载曲线和陡I吉林大学硕士学位论文峭的水平方向力的加载曲线，对改善板材金属的流动，防止板材失稳，避免起皱现象的发生有重要意义。(4)分四种情况讨论了不同鞍形件模具型面翻转前后的成形效果，比较模具

5、型面翻转对鞍形件拉形成形的影响。结果表明：当鞍形模具的长宽尺寸不相等时，型面翻转前后成形件的应力应变分布明显不同。关键词：数值模拟，鞍形件，柔性拉形，型面翻转IIABSTRACTABSTRACTNumericalSimulationResearchonFlexibleClampStretchingofSaddle-shapedPartWiththerapiddevelopmentofaviationindustrysince1949,itrequiresmorecomplexsurface,higherstretchingqualityandfo

6、rmingefficiency.Traditionalstretchingmachinehassomanyproblemssuchasdifficultiesevendefectsinforming,lowutilizationrateofsheets,verycomplexcontrolsystem,expensiveprice,thatrestrictsitsexpansiontootherfields.Inordertoresolveabove-mentionedproblems,JilinUniversityhasinventedflex

7、ibleclampstretchingmachine.Thismachinecanperfectlysolveabove-mentionedproblems,andwidenapplicationrangeforstretchingformingtechnology.Flexibleclampstretchformingisanewsheetmetalformingtechnologybasedontheimprovementoftraditionalstretchtechnology.Intheformingprocess,theoverall

8、clampingmechanismisreplacedbydiscreteclampmechanism,thetensionprovid