带网格内筋薄壁筒形件流动旋压工艺研究

作     者：朱宝行 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林忠钦;赵亦希

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：流动旋压 薄壁筒形件 网格内筋 加强筋高度 工艺方案 

摘      要：带网格内筋薄壁筒形件是航空航天领域的重要壳体类零件,该结构可以提高构件刚度并满足轻量化设计要求。通过流动旋压工艺整体成形该类零件,成形件具有综合力学性能好、可靠性高等优点。然而,在成形过程中,出现了因为毛坯材料沿厚度方向上塑性流动不充分,致使加强筋成形高度不够;由于网格筋的限制,导致成形件难以脱模等问题,严重影响了流动旋压工艺在带网格内筋薄壁筒形件成形中的应用和推广。本文以某特征带网格内筋薄壁筒形件为例,展开了流动旋压中加强筋理论高度计算方法、带网格内筋薄壁筒形件流动旋压仿真和相关实验研究,主要研究内容如下:(1)流动旋压中加强筋理论高度计算方法研究加强筋高度对于带筋构件的结构刚度和承载性能有很大影响,是该类零件的主要设计参数之一。推导加强筋位置毛坯材料的受力状态,根据塑性变形体积不变原则和平面应变假设,并基于切片模型,提出加强筋理论高度计算方法。研究了毛坯壁厚减薄率和毛坯壁厚对加强筋成形高度的影响,研究发现,随着减薄率的增加,网格筋的高度随之增加;当毛坯壁厚小于芯模凹槽深度时,网格筋高度几乎随着毛坯壁厚的增加而线性增加;当毛坯壁厚大于芯模凹槽深度时,网格筋高度随着毛坯壁厚的增加而增加得不明显。(2)带网格内筋薄壁筒形件流动旋压仿真建模研究建立了带网格内筋薄壁筒形件流动旋压的仿真模型。结合仿真结果,分析零件流动旋压成形性,重点分析了加强筋位置的应力分布和材料流动特点。随着减薄率的增加,成形件的等效应变明显增大,并且当减薄率增加至45%时,成形件外表面对应加强筋过渡位置出现裂纹;横筋位置应力分布比纵筋位置均匀,成形件出现裂纹缺陷位置材料的应力分布不均匀,等效应变也比较大;网格筋位置材料的径向和轴向流动,是成形网格筋的主要原因。结合仿真结果,验证了加强筋理论高度计算方法的适用性。(3)带网格内筋薄壁筒形件流动旋压实验研究设计带网格内筋薄壁筒形件流动旋压模块化组合芯模,实现了成形件的快速脱模。开展不同工艺参数下的带网格内筋薄壁筒形件流动旋压实验,评估并讨论了减薄率和进给比对零件成形质量的影响;在本实验条件下,当毛坯壁厚减薄率为45%,进给比为0.5mm/r时,可以成形出高且均匀的网格筋,同时成形件表面没有裂纹缺陷。探索增设一组O形硅胶圈约束圆筒形毛坯材料轴向流动的工艺方案,从而实现加强筋成形高度的提升。本研究为带网格内筋薄壁筒形件流动旋压的工程应用提供了理论指导和技术支持。