柔性轧制成形参数化模型的建立与修正研究

【摘要】三维曲面零件的柔性数字化成形技术是柔性制造领域的研究热点，三维曲面板类件数字化柔性成形具有很好的通用性和灵活性，能够满足产品多样、频繁改型的个性化需求，在航空航天、交通工具、建筑装饰等领域具有广泛应用。吉林大学在结合轧制、滚压和多点调形的理论基础上，创造性地提出了柔性连续轧制成形新方法，该方法是一种柔性、高效的三维曲面板类零件加工方法。本论文主要介绍了柔性轧制成形的基本原理，并根据理论分析及推导结果建立了参数化的有限元模型，运用数值模拟方法研究了柔性轧制成形曲面件的成形精度及主要模型与工艺因素对成形精度的影响，并提出了提高成形精度的辊缝修正模型。最后，结合参数化模型和辊缝修正模型开发了柔性轧制成形专用数值模拟前处理模块。研究内容和结论包括：1、柔性轧制成形的提出及基本原理把柔性轧制成形与传统的平轧、不均匀压下面内弯曲成形在辊缝分布形态上进行了对比，提出柔性轧制是传统轧制和不均匀压下面内弯曲成形的进一步拓展延伸。通过曲面展开分析了柔性轧制成形的曲面形成机制，并对轧制成形过程中力学条件和轧制压力分布进行了理论和数值分析。根据柔性轧制成形方法的调形特点和应用场合，提出了两种不同的调形方案。最后还对成形过程中可能产生的缺陷进行了分析。2、柔性轧制成形的数值分析及参数化建模运用塑性力学和数学方法建立了柔性轧制成形的辊缝分布和成形工作辊轮廓曲线的计算模型，并以工作辊轮廓曲线计算数学模型为计算内核，把成形工作辊离散成有限个刚性子辊，并把工艺参数和模型尺寸参数化，建立了柔性轧制成形有限元参数化模型。并利用该模型进行了数值模拟分析验证，成形了凸曲面件和鞍形曲面件两种典型三维曲面件，通过应力应变分析，验证了参数化模型建立的合理性。3、柔性轧制成形的精度分析通过对柔性轧制成形缺陷和偏差的分析，提出了柔性轧制成形精度的评价方法。分析了柔性轧制成形典型凸曲面件时，纵向和横向曲率半径的偏差分布及相互影响规律，发现纵向曲率半径偏差是主要成形偏差，且纵向和横向曲率半径之间的相互影响较大。运用最小二乘法拟合成形件纵向曲率半径的方法，研究了主要的模型因素和工艺因素对成形件纵向曲率半径及偏差的影响，为后续的误差修正和补偿提供了依据。4、柔性轧制成形辊缝修正模型的建立及验证利用单点割线法原理，针对典型的凸曲面件和鞍形曲面件，分别基于应变和辊缝误差建立了两种柔性轧制成形辊缝修正模型，并对修正模型的收敛性进行了分析。利用辊缝修正模型重新修正辊缝后，通过数值模拟分析，发现最多通过2步修正便能获得精度很高的纵向曲率半径，验证了辊缝修正模型的合理性和有效性。5、柔性轧制成形专用数值模拟模块的二次开发结合柔性轧制成形参数化模型和辊缝修正模型，并利用python语言在Abaqus平台上开发了柔性轧制成形专用数值模拟模块，该模块由于结合了辊缝修正模型，不但能够快速建模，而且能够完成辊缝修正，提高数值模拟精度。
【作者】李永丰；
【导师】付文智；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】柔性轧制成形；成形精度；辊缝修正；数值分析；二次开发；

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