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仿生结构U形单元冲锻复合成形机理研究及工艺优化设计

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仿生结构U形单元冲锻复合成形机理研究及工艺优化设计

作者：李小娟重庆大学

学位级别：硕士

近年来,能源危机与环境问题愈发凸显,汽车轻量化进程日益紧张,各大车企的设计者们纷纷在车身结构中加入仿生元素以求在降低汽车重量的同时,提高车身的强度刚度,保证使用安全性能。全新的奥迪A8车身结构中,首次在关键结构件的内表面加入... 详细信息

近年来,能源危机与环境问题愈发凸显,汽车轻量化进程日益紧张,各大车企的设计者们纷纷在车身结构中加入仿生元素以求在降低汽车重量的同时,提高车身的强度刚度,保证使用安全性能。全新的奥迪A8车身结构中,首次在关键结构件的内表面加入了带有仿飞鸟骨骼内部结构的肋条式结构来提高车身的防撞性能。由于此种结构较为复杂,采用铸造成形会造成零件质量增大、机械性能下降等问题,若采用塑性成形则会在很大程度上避免这些问题,但目前关于这方面的研究极少,因此论文以仿生结构U形单元为研究对象,提出了冲锻复合成形方法对其进行成形,并结合力学分析以及有限元数值模拟方法对成形过程进行分析及影响因素进行探讨,依据分析结果构建基于智能优化算法的工艺优化方法对工艺进行优化。主要研究工作如下:(1)仿生结构U形单元成形工艺方案设计。根据仿生结构U形单元的主要结构特点以及成形难点,设计合理的冲锻复合成形工艺方案,并对成形过程中可能出现的肋条凸起顶部填充不满、底部凹陷以及侧壁圆角减薄等成形缺陷的产生原因进行初步分析。(2)对成形过程中的板料进行受力分析,从力学角度探究肋条凸起底部缺陷出现的根本原因。根据板料在成形过程中的变形特点,将成形过程中某一时刻的板料分为几大区域,对每个区域进行受力分析,建立完整的力学分析模型,并针对凹陷的产生进行力学探讨,确定影响成形质量的主要因素。(3)基于力学分析结果,采用有限元软件Deform-2D对成形过程进行模拟,对每个影响零件成形质量的参数的变化规律以及成形缺陷的产生进行深入探讨分析,大致确定参数取值范围。(4)依据力学分析模型以及数值模拟结果,提取优化设计变量及其取值范围与优化目标,构建基于GA-RVM模型的优化设计方法,利用遗传算法对影响RVM模型预测精度的尺度参数进行寻优,随后再次通过最优尺度参数建立的高精度模型结合遗传算法对工艺参数进行寻优,最后采用数值模拟对寻优结果进行验证。论文所研究的仿生肋条结构类零件冲锻复合成形机理以及参数影响规律,与所提出的结合智能算法的工艺优化设计方法具有高度普适性以及有效性,可为此类零件的实际生产提供理论指导与参考。

关键词：仿生结构U形单元冲锻复合成形力学分析优化设计

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铜散热片冲锻复合成形工艺参数优化

锻压装备与制造技术 2008年第3期43卷 47-50页

作者：张金宝刘全坤王可胜合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

以铜散热片为对象,研究其冲锻复合成形工步的安排,采用正交试验与BP神经网络相结合的方法,建立成形工步数、每步压下量、飞边槽高度与总成形力及力的极差之间关系的数学模型。采用多目标遗传算法进行优化,获得Pareto最优解集,通过定义... 详细信息

以铜散热片为对象,研究其冲锻复合成形工步的安排,采用正交试验与BP神经网络相结合的方法,建立成形工步数、每步压下量、飞边槽高度与总成形力及力的极差之间关系的数学模型。采用多目标遗传算法进行优化,获得Pareto最优解集,通过定义满意度函数选出满意解。为验证优化结果的准确性,对满意解进行有限元模拟验证。

关键词：机械制造冲锻复合成形铜散热片多目标优化遗传算法

兴锻发布“双电机伺服驱动闭式多工位冲锻复合成形压力机”

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锻造与冲压 2018年第14期 14-14页

2018年7月1日，由江苏省经济和信息化委员会组织．江苏中兴西田数控科技有限公司举办了”1250t双电机伺服驱动闭式多工位冲锻复合成形压力机”新产品鉴定会。

关键词：冲锻复合成形伺服驱动压力机多工位双电机闭式江苏省鉴定会

微型铝合金轴承座冲锻复合成形模拟与优化研究

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微型铝合金轴承座冲锻复合成形模拟与优化研究

作者：李奋强合肥工业大学

学位级别：硕士

冲锻复合成形是一种将板料成形与体积成形相结合的不等厚板料件成形新工艺。该工艺具有板料成形的变形面积大及体积成形的厚度不均的优点,可以取代铸造、焊接、切削等传统工艺,既提高了生产效率,也改善了制件的机械性能。本文针对某种... 详细信息

冲锻复合成形是一种将板料成形与体积成形相结合的不等厚板料件成形新工艺。该工艺具有板料成形的变形面积大及体积成形的厚度不均的优点,可以取代铸造、焊接、切削等传统工艺,既提高了生产效率,也改善了制件的机械性能。本文针对某种型号的微型轴承座,采用冲锻复合成形工艺,研究关键工位的成形规律,通过优化获取最优工艺参数组合方案。首先,对微型轴承座进行工艺分析,采用挤压成形凸缘上的小圆柱,分析成形过程材料流动规律,验证了该方法的可行性。其次,为了避免前后工位的影响考虑采用冲挤复合成形工艺来成形筒形部位。利用专业有限元软件DEFORM对筒形部位的成形进行数值模拟分析,得到冲挤复合成形工艺的一些成形规律。结果表明冲挤成形过程中,金属材料的变形区主要集中在冲头底部。压料板下面的材料仅发生弹性变形,对上一步成形的形状不产生影响。在综合分析了冲挤成形过程材料的变形规律后,选用数值模拟与正交试验结合的方法分析摩擦系数、反顶力和压边力三个关键参数对损伤damage值的影响。采用极差分析的手段,判断指标对各工艺参数的敏感程度。结果显示摩擦系数对damage影响最大,其次是反顶力,压边力的影响最小。基于正交试验的分析结果,选取零件的damage值作为优化目标,结合人工神经网络的遗传算法对工艺参数进行优化,优化结果表明通过优化后的工艺参数可以获得最低的损伤值,极大地提高了材料的成形性能,相应得到的制件质量也是最优的。最后,零件采用精冲落料成形,对精冲工艺进行模拟,获得合理的工艺参数,以生产出符合要求的制件。同时,针对不同的断裂准则进行精冲成形模拟,探讨不同断裂准则下精冲裂纹的萌生与扩展,获得应力三轴度对精冲裂纹的影响规律,为有效模拟精冲断裂过程选择合适断裂准则提供必要的依据。结果表明,应力三轴度越小裂纹越晚萌生;而齿形齿圈能够提高静水压应力,降低应力三轴度。N-CL模型在模拟薄板精冲时裂纹的萌生与发展与实际更加吻合。本研究成果对实际生产有指导作用。

关键词：冲锻复合成形遗传算法神经网络精冲韧性断裂

板料凸起成形的冲锻复合塑性成形工艺及其机理研究

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板料凸起成形的冲锻复合塑性成形工艺及其机理研究

作者：董文正湘潭大学

学位级别：硕士

冲锻复合塑性成形技术具有材料利用率高、生产效率高、零件尺寸精度高和综合力学性能好等特点，已广泛应用于中小型制件的批量化生产中，并成为当前塑性成形领域研究的热点和重点。凸起成形，作为箱体、腔体及壳体产品的小型化、轻量化... 详细信息

冲锻复合塑性成形技术具有材料利用率高、生产效率高、零件尺寸精度高和综合力学性能好等特点，已广泛应用于中小型制件的批量化生产中，并成为当前塑性成形领域研究的热点和重点。凸起成形，作为箱体、腔体及壳体产品的小型化、轻量化的结构设计，广泛应用于汽车、电子等行业中。本文以底部带凸起结构的筒形件为研究对象，基于冲锻复合塑性成形技术，采用理论力学分析、有限元数值模拟和工艺试验相结合的方法，对凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合成形工艺及变形机理进行了系统研究。首先介绍了凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合塑性工艺过程及成形原理;基于Tresca屈服准则，分析了凸起成形的传统反挤压法与本文提出来的拉深-镦挤冲锻复合成形法的异同，指出冲锻复合工艺成形凸起结构时成形载荷低。利用主应力法，分析了凸起成形的拉深-镦挤冲锻复合工艺的三个主要变形区域的力学特征，重点研究了筒形件凸起底部材料的流动规律，发现了成形过程中凸起底部变形区存在一个分流界面，并基于塑性增量理论，指出凸起成形过程中底部材料分流特征的本质机理是分流面上任意质点的应变罗德参数为零。同时，推导了分流面半径的理论公式，提出了一个表征板料凸起成形能力的无量纲参数——凸起度。利用DEFORM-3D有限元软件对凸起成形的反挤压工艺及拉深-镦挤冲锻复合工艺过程进行了数值模拟分析，重点比较了两种加工方法的加工载荷、分流面位置及凸起度的异同。模拟结果表明：当成形同一凸起高度3mm时，反挤压加工载荷为冲锻复合成形的三倍左右;反挤压工艺随着板料的变薄分流面位置出现外移，而冲锻复合工艺为内移规律;冲锻复合工艺的凸起度值在整个凸起成形过程中近似保持不变的规律，而反挤压工艺随着板料的变薄而增大。同时，研究了拉深-镦挤冲锻复合成形中底部缩孔缺陷的形成过程及其缩孔机制图。最后，设计了相应的成形模具，对拉深-镦挤冲锻复合成形工艺进行了试验研究。结果表明实验加工载荷值与模拟值大致吻合，且稍高于最小成形力理论计算值，验证了有限元数值模拟与理论计算结果的有效性与可行性。

关键词：冲锻复合成形凸起结构分流面有限元数值模拟主应力法

大厚差板材零件的冷冲锻成形工艺及其机理研究

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大厚差板材零件的冷冲锻成形工艺及其机理研究

作者：欧阳坤华中科技大学

学位级别：硕士

目前许多大表面积且壁厚差较大的零件,一般采用焊接组合或整体铸造的方式制造。由于结构轻量化的要求,考虑以冲锻复合成形工艺整体塑性成形此类零件。本文研究的双筒形件,内圆筒壁厚4mm,而其它部位厚2mm。针对该特点,制定出先以正向拉... 详细信息

目前许多大表面积且壁厚差较大的零件,一般采用焊接组合或整体铸造的方式制造。由于结构轻量化的要求,考虑以冲锻复合成形工艺整体塑性成形此类零件。本文研究的双筒形件,内圆筒壁厚4mm,而其它部位厚2mm。针对该特点,制定出先以正向拉深成形外圆筒,再以强力增厚反向拉深成形内圆筒并储备金属,最后镦锻增厚内圆筒的冲锻复合成形工艺方案。首先采用有限元模拟软件eta/DYNAFORM使用壳单元研究冲压工序中材料的流动规律,分析了正向拉深工序中压边力的影响,强力增厚反向拉深工序中压环和压边圈的形状、压环运动速度、压边力、凸模与凸凹模之间的间隙对工件内筒壁增厚效果的影响。然后采用通用有限元软件***/Mentat使用体单元研究镦锻工序中材料的流动规律,分析了压边圈形状尺寸、镦粗比分配对镦锻成形的影响。研究结果表明:强力增厚反向拉深工序中,弧形结构的压环、压边圈能有效促进材料由外筒壁流向内筒壁,内筒壁的最小和最大厚度随压环速度增加而增加,且存在一个极值;变压边力对内筒壁增厚效果优于恒定压边力;镦锻工序中,压边圈靠近内筒端添加圆角能有效引导材料流动,避免折叠;工件内筒两步镦粗即可成形。根据数值模拟获得的成形规律,进行工艺试验,验证了强力增厚拉深工序的内筒增厚效果。冲压储料与锻造增厚的研究,改变了板材件通常是壁厚基本均匀或减薄的特点,为汽车及航空航天等领域大厚差复杂零件的整体塑性成形,奠定了理论与实验基础。

关键词：冲锻复合成形增厚拉深大厚差零件数值模拟

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轿车自动变速箱飞轮盘温冲锻成形研究

轿车自动变速箱飞轮盘温冲锻成形研究

作者：罗文涛华中科技大学

学位级别：硕士

随着汽车工业,特别是汽车零部件产业的飞速发展,针对一些轮廓尺寸较大且壁厚有较大差异的零部件,近年来在日本、德国和美国出现了一种冲锻复合成形新工艺。其特点是结合了板料成形与体积成形的优点,主要用于成形一些壁厚有变化的零件,... 详细信息

随着汽车工业,特别是汽车零部件产业的飞速发展,针对一些轮廓尺寸较大且壁厚有较大差异的零部件,近年来在日本、德国和美国出现了一种冲锻复合成形新工艺。其特点是结合了板料成形与体积成形的优点,主要用于成形一些壁厚有变化的零件,不仅能够减少工序、降低能耗,而且零部件的整体性能也有较大提高。因此,在当前绿色制造、节能环保的要求下,该工艺具有很好的研究价值与应用前景。轿车自动变速箱飞轮盘是具有较大轮廓尺寸且壁厚有差异的典型零件。本文围绕飞轮盘零件的温冲锻复合成形工艺,采用理论计算、有限元数值模拟和工艺试验相结合的方法,做了一系列的探讨与研究。在分析飞轮盘零件的形状、结构特点的基础上,对几种可能的成形工艺进行比较分析,最终确定了采用冲锻复合成形工艺,在温态下成形的工艺方案。通过对工艺参数的计算与分析,为成形零件的小圆角并增加侧壁的厚度,必须将冲锻成形过程分为两道工序完成:预成形时采用大半径圆角凸模对板坯拉深并利用环形凸模使侧壁镦粗,终成形时采用小圆角半径的拉深凸模,在将大的内圆角整形为小的内圆角的同时,通过环形凸模的镦粗作用使工件的外圆角半径变小达到最终零件要求。建立了刚粘塑性热力耦合有限元模型;采用有限元模拟软件DEFORM-2D对冲锻成形全过程进行了数值模拟,得到了飞轮盘冲锻成形过程的详细数据及成形规律;分析比较了预成形拉深凸模圆角半径、预成形结束时的变形程度、分流降压腔的位置与形状等对成形结果的影响,优化了工艺方案和工艺参数;并对同类零件做了扩展研究,得出了在同等条件下两工序冲锻成形所能达到的最大壁厚。在此基础上设计了成形模具,进行了工艺试验,试验结果基本与数值模拟结果相符,已为实际工业化生产起到了重要的参考作用。

关键词：冲锻复合成形飞轮盘增厚数值模拟

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沉头孔冲锻成形工艺及模具结构优化

沉头孔冲锻成形工艺及模具结构优化

作者：梁凡西安建筑科技大学

学位级别：硕士

本文以90°沉头孔和台阶沉头孔为研究对象,基于冲锻复合成形工艺,分别制定了90°沉头孔和台阶沉头孔的三种冲锻复合成形方法。采用DEFORM分析比较了每种成形方法的行程-载荷曲线、等效应力应变分布和材料流动规律,获得了90°沉头孔和台... 详细信息

本文以90°沉头孔和台阶沉头孔为研究对象,基于冲锻复合成形工艺,分别制定了90°沉头孔和台阶沉头孔的三种冲锻复合成形方法。采用DEFORM分析比较了每种成形方法的行程-载荷曲线、等效应力应变分布和材料流动规律,获得了90°沉头孔和台阶沉头孔的冲锻复合成形机理和最优成形工艺。90°沉头孔的最优成形工艺为冲预孔-压90°沉头孔,台阶沉头孔的最优成形工艺为冲预孔-压台阶孔-修孔。按照模拟获得的最优成形工艺进行了沉头孔的冲锻实验,结果表明最优工艺可以获得尺寸合格、变形均匀的沉头孔。基于获得的沉头孔的最优成形工艺,制定了链条零件上两个90°沉头孔和两个台阶沉头孔的连续模冲锻复合成形工艺,实际生产中常出现小冲头折断、啃刃、磨损严重和制件精度超差等问题。结合生产实践和有限元分析,发现压沉头孔工序时材料会沿长度方向流动导致工序件伸长,这种伸长变形使得前序和后序的冲孔和修孔小冲头承受较大的侧向力。分析了压边力、摩擦系数和冲预孔直径等对工序件伸长量的影响规律,提出了隔离法和疏导法来降低伸长变形对成形的影响。隔离法,即在压沉头孔工序前后增设大的隔离定位销来隔离各工序;疏导法,即在压沉头孔之前,将首尾相连的两个工序件冲切获得一个易变形的连接带,来吸收工序件的伸长变形。在实际生产中,冲头的主要失效形式为断裂和磨损。通过理论计算获得了冲头工作段长度的范围,为15.6 mm≤L≤49.8 mm。分析了不对中冲裁时冲头的等效应力分布以及冲头的硬度、金相组织、表面粗糙度,获得了冲头断裂的原因为应力集中。测量了零件硬度,发现沉头孔周围产生了较大的加工硬化,导致修孔小冲头磨损严重。分析了冲头硬度、摩擦系数、压边力和凸凹模间隙对冲头磨损的影响规律。设计了冲头刃口为平刃口、圆角刃口等8种刃口形状以及不同冲头工作段长度的冲头结构,分析了冲裁力和冲头等效应力,获得了最优冲头结构为圆角刃口结构。采用优化后的工艺和模具结构进行了生产实践,获得了尺寸合格的工件,小冲头寿命从20000件以下稳定到50000件以上。

关键词：冲锻复合成形沉头孔连续模冲头有限元模拟

汽车离合器衬套冲锻复合工艺研究及其数值模拟

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锻压装备与制造技术 2006年第1期41卷 49-51页

作者：李雪松陈军吴公明王刚上海交通大学国家模具CAD工程技术研究中心上海200030

介绍了冲锻复合成形工艺,并将其应用于所研究的汽车离合器衬套的局部增厚。借助专业有限元模拟软件DEFORM-3D模拟了冲锻复合成形这个工艺过程并对其进行了优化,比较分析其模拟结果可知优化后的两步冲锻复合成形比原先的一步冲锻复合成... 详细信息

介绍了冲锻复合成形工艺,并将其应用于所研究的汽车离合器衬套的局部增厚。借助专业有限元模拟软件DEFORM-3D模拟了冲锻复合成形这个工艺过程并对其进行了优化,比较分析其模拟结果可知优化后的两步冲锻复合成形比原先的一步冲锻复合成形更加合理。

关键词：机械制造冲锻复合成形离合器衬套数值模拟