中厚钢板弯曲成形及冷却过程的热耦合分析.pdf

重庆大学
硕士学位论文
中厚钢板弯曲成形及冷却过程的热耦合分析
姓名:张渝
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:周杰
20040430
要摘羧常规方法计算收缩量虏恚淌导事绮赏敫蒙荡澜洗舐闯辈⒖尚苁鼓I及冷帮逡疆率影餐受缭懿主要嚣索遂霞了系统戆分凝,莽在魏蘩旗上餐蹬了这黢在汽率、拖挝机、机车车辆制造以及化学与锅炉设备翩造部门里,薪中厚镉扳采用弯躲方法制成的零U加薪洗蟮谋扰睢T谑导使ぷ髦校=ê穸仍毫米~毫米的钢板称为中厚钢板,其弯曲工芑在高温下进行;警车闻设备嚏镪不足时,甚至对于鞍薄的掇料~利用吨位较小的压机工作时也强高温下进行;税加工含铬蹲特种镄的零件瞎,如采在常海下加工会产生强烈的硬纯、麓形及裂纹,故也在高温下进杼。板料热弯鞠成形后,零侔冷却至室海过程串,其冷收缩由两部分组成:瓣浮方向上的收缩与径向收缩△!鱰可按常规方法计入收缩率来获得,而△报废。冷却过程中钓不臻勾冷却弓α啾湫戊烊锏贾孪愕撵八趿坎诲鳎馀引起收缩的内在因素。而影响冷却不均匀的原因很多,农采用同一种冷却方式的蘸捷下,诸螽零淅浒镘簿残巫础⒈砩w婿住⒗浒锵阶潭鹊壬M漩藍宰静交形产生不同獠度的影响。为了得出中厚钢板弯曲件在冷却过程中所产生的收缩量,为模兵掺歪提供舍遴懿掺模羧据,露必要分耩萁在冷颦蓬纛孛枝缩弱霞箨。本文以理论分析及有限元数值模拟棚结合的方式,对中厚钢板弯曲成形过穰网索影响收缩的规律。最后利用最小二乘法对模拟结果进行曲线拟舍得出收缩凝与影翡嚣爨之阂懿丞数关系,绘辫了数学表述式。为了针对相榈氖账趿拷泻侠淼哪>咝拚疚囊愿职迦韧淅淙垂讨猩戮元节熹麓谴移多乏量关系必蔹摆攥导了模其骖委螽其型黉蘧线囊孽邋数关系,鬏撂该函数关系可方便地设计出相应的弯曲模具。峦予影昀竣缚豹因素较多,攘瘟豹瀵数关系装较是繁琰,焱实际生产瑰场蔽用十分不便,故将之进行编程制成软件以方便使用和参考。关键词:中厚板,弯曲,冷却,热耦合,数值模拟重庆大学硬士学位论文中文摘蒙
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髀引言近年来,有限元的数值模拟方法日趋成熟并在实际生产中得到成功的应用,在汽车、拖拉机、机车车辆制造以及化学与锅炉设备制造部门里,由中厚钢板采用弯曲方法制成的零件占有较大的比重。在实际工作中,常将厚度在撩住毫米的钢板称为中厚钢板,其弯曲工艺在高温下进行;当车间设备吨位不足时,甚至对于较薄的板料~利用吨位较小的压机工作时也在高温下进行:在加工含铬等特种钢的零件时,如果在常温下加工会产生强烈的硬化、翘形及裂纹,故也在高温下进行。板料热弯曲成形后,零件冷却至室温过程中,其收缩由两部分组成:料厚方向上的收缩△刖断蚴账魽!鱰可按常规方法计入收缩率来获得,而若按常规方法计算收缩量衞,则实际结果往往与该值有较大差别并可能使模具报废。为了在室温下得到与设计尺寸相符的弯曲件,在模具设计时应考虑到这一特点,预先根据其收缩特性对模具尺寸进行调整,这样成形零件经过收缩后冷却至室温下刚好得到所要求的尺寸。中厚钢板弯曲件冷却过程中,由于模具已经卸载,故不存在外载荷。冷却过程中的不均匀冷却引起应力和变形从而导致各点的收缩量不同,这是引起收缩的内在因素。而影响冷却不均匀的原因很多,在采用同一种冷却方式的前提下,诸如零件冷却前的形状、表面质量、冷却前的温度等对弯曲件的变形产生不同程度的影响。为了得出中厚钢板弯曲件在冷却过程中所产生的收缩量,为模具修正提供合理的修模数据,有必要分析其在冷却过程中收缩的规律。影响收缩的因素有材料厚度、弯曲半径、弯曲角、成形温度、冷却方式等。要得出这些因素对收缩的综合影响规律,需要将每个影响因素当作自变量分别取值,每个自变量至少需要取个不同的值进行模拟,才能看出其变化趋势。实际生产中,弯曲件成形后的冷却方式通常采用在空气中自然冷却,故只需考虑料厚、弯曲半径、弯曲角、成形温度四个影响因素,而每个影响因素取霾煌担则需要进行次模拟。由此可看出,采用物理实验的方法将耗费大量的人力、物力,所需要的实验成本和时间也是巨大的。其预测问题的准确度足够满足所需的精度要求。本课题采用数值模拟技术对影响中厚钢板弯曲成形及冷却过程的主要因素进行热力耦合有限元分析。重庆大学硕士学位论文
研究目的、内容及方法芯恳庖本课题采用成熟的商业化有限元数值模拟软件对中厚钢板热弯曲成形过程及冷却过程进行热力耦合模拟分析,得出影响中厚钢板弯曲件收缩的主要因素对收缩的影响规律并总结成公式;并为了生产实际中应用方便,将之开发为实用的软件。在锻造过程的有限元数值模拟中,常采用刚塑性有限元,忽略成形过程的温度变化,将锻造过程假设为等温过程。这种方法由于不计温度变化,所以计算量相对较小,计算速度较快。本课题中,由于成形终