大尺寸高强钢曲面厚壳模压成形工艺研究

作     者：孔朋 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林艳丽;朱祥龙

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：曲面厚壳 Q890高强钢 大尺寸厚板 整体模压成形工艺 

摘      要：近年来,随着我国化工、核电、船舶、国防等领域的快速发展,对高强钢曲面件的需求量逐渐增加。作为重要受压元件,其成形质量不但影响装置的制造成本与质量,而且直接影响装置的安全使用问题。传统的高强钢曲面厚板成形工艺存在成形精度低、点压使得零件强度降低、生产率低等问题。针对该问题,本课题提出了大尺寸高强钢曲面厚壳模压成形工艺,并针对其成形特点及关键工艺参数进行了研究,尤其建立了其非对称回弹的优化补偿方法。首先,通过对零件材料及结构两方面分析,探究成形难点。结果表明,由于Q890高强钢材料屈服强度大且屈强比高,材料本身回弹大,所需压制力大;零件由于结构不对称,回弹情况复杂且成形过程中会对模具产生侧向力。然后,通过有限元仿真大尺寸高强钢曲面厚壳模压成形过程,探究压制力对成形精度的影响、成形过程中模具受力分析及零件回弹规律等。结果表明:压制成形过程中存在压制力激增阶段,压靠时刻压制力激增至8885t,通过压制力与回弹关系的分析得出压制力为400t时即可满足成形要求,由此提出低合模力、高精度制造思路;通过优化板坯在模具中的放置位置,可将侧向力减小87.6%;在压制过程中模具有明显受力不均现象,部分区域接触应力较大;在成形过程中,板坯的应力分布不均匀,存在弹性变形区域,卸载后会发生明显回弹现象;使用与设计型面相同曲率的模具型面进行整体压制成形,存在回弹不均现象,最大回弹量达43.9mm,回弹率为3.7%。接着,通过大尺寸高强钢曲面厚壳模压成形实验,对有限元仿真分析结果进行验证。结果表明:与有限元仿真结果对应,在接近压靠状态下,压制力相差100t左右,回弹量仅相差1.5mm左右,此阶段压制力变化对回弹量影响较小,由此验证低合模力、高精度制造方案可行;有限元仿真对于压制力与回弹预测精确度可达95%以上,由此可知利用有限元仿真优化模具型面方案可行。最后,通过调整椭球截面椭圆度,即迭代补偿零件经纬向截面线上径向回弹量对成形模具型面进行优化。过零件最低点沿经向与纬向截面线进行回弹补偿,将补偿后得到的自由曲面拟合为椭圆,通过调节两个椭圆扁率,将球底模具优化为椭球底模具,成形精度大大提高,偏差率可控制在0.3%左右。综上所述,本课题提出低合模力、高精度制造方案及迭代补偿经纬向截面线径向回弹量的非对称回弹优化补偿方法满足大尺寸高强钢曲面厚壳模压成形加工要求。