帽形件基于边界条件成形角度分配函数的辊弯成形及回弹研究

作     者：杨龙允 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏春建;彭程

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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：帽形件 五边界条件 成形角度 回弹 微观晶粒 

摘      要：帽形件板材是一种经济断面型材,具有结构强度高、经济效益高、能源消耗低等特点,广泛应用于汽车、航空、建筑及民用等行业,其典型成形工艺为辊弯成型。现阶段,辊弯技术多为单纯依靠生产经验随意分配每道次的辊弯成形角度,缺乏划分成形角度科学理论指导,从而成形过程中往往出现应力集中,导致回弹等缺陷,降低产品的成形精度与成形质量。本文以工业生产中常见的小断面型材帽形辊弯件作为研究对象,提出五边界条件成形角度分配函数,用于帽形件成形角度的确定,通过Copra有限元软件模拟成形过程中峰值纵向应变,并实验验证,确定最佳成形角度分配区间。然后利用ABAQUS有限元软件模拟和实验对比五边界条件成形角度、四边界条件成形角度、成形角度增量10°三种成形过程中板材应力、应变以及回弹。基于优选成形角度下研究成形角度、板材厚度、材料屈服强度对辊弯成形过程中板材应力、应变分布及回弹的影响,以评价成形角度分配方法优劣,获得工艺参数对辊弯成形过程的成形规律。最终从微观角度研究板材成形角区晶粒在辊弯成形过程中变化,进一步分析成形角度、板材厚度及材料屈服强度对辊弯过程中板材横向应变的影响。研究结果表明:基于五边界条件成形角度各道次应力、应变及回弹均小于其他成形方式,表现出其成形优越性。板材辊弯成形角区的应力、应变远高于腹板区和翼缘区,并且成形角区横向应变高于纵向应变。当板材厚度增加时,板材成形角区应力、应变均相应增加,且峰值纵向应变随着成形角增加而增加。在轧辊成形角半径一定的情况下,回弹随着板材厚度的增加而减小,回弹量基本与板材厚度成一定的线性关系,板材回弹量还随着成形角度增量和屈服强度增加而增加,但是增加道次或者增加修正辊可以有效降低回弹。基于五边界条件成形角度最大应力、应变载荷卸除后（回弹后）减少了 3Mpa和0.01,引起了 1.40°回弹量,但是相比于其他成形方式回弹量最轻微。在增加1.0°修正辊补偿后回弹只有0.14°。同时从微观角度证明了板材成形角区的应力、应变（横向应变）随着板厚的增加而增加,随着成形角度增加而增加。但是在贯穿板材厚度方向成形角区外层晶粒拉伸应变大于内层中的压缩应变,这表明在成形角区厚度减少是不可避免的。