对称式四辊卷圆工艺曲率半径预测模型

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卷板机经历了从两辊到三辊再到四辊的发展过程。目前,传统四辊卷板机技术已经相当成熟,经常使用的四辊卷板机有侧辊直线式和侧辊弧线式卷板机等。但是对于对称式四辊卷板机的研究还比较少,对称式四辊卷板机由于其结构的特殊性能够在运转的过程中进行反转,使得成形件剩余直边量大大减少,在大批量的生产制造过程中能够节省材料提高经济效益。现有的对称式四辊卷板机理论模型误差较大,对实际生产过程的指导意义不大,因此本文给出了一种新的曲率预测模型求解方法,该模型减小了理论值与实际成形结果的误差,为实际生产中预测成形件的曲率半径提供了新思路。本文主要研究内容及结论如下:基于小曲率平面弯曲弹复理论和双线性硬化材料模型对卷板压下过程进行弹复解析,以获取压下量和弹复后曲率半径之间的关系。由板材发生塑性变形和卷板机极限压下量确定板材卷制范围,在该范围内理论计算得到相对压下量和相对曲率呈现较好的线性关系。基于有限元模拟软件ABAQUS建立对称式四辊卷圆的仿真模型,分别比较不同摩擦系数以及转速下相对压下量和相对曲率之间关系。结果表明,摩擦系数和转速对相对曲率的影响较小,选定摩擦系数为0.18、转速为0.1 rad/s时的结果作为模拟结果,数值模拟得到的相对压下量和相对曲率之间呈现较好的线性关系。采用ST12钢和1060铝合金两种材料进行卷圆实验,在测量成形件曲率半径时,采用多次测量取平均值的办法以减少测量中的误差,将实验结果与有限元结果对比,来验证有限元算法的正确性。将有限元结果与理论计算结果对比,根据数据之间的关系求解出不同材料的曲率预测模型,并给出求解方法,应用此方法求解Q235钢材料的预测模型,并对其他跨距下相对压下量和相对曲率关系进行预测。结果表明预测结果与有限元模拟结果最大相对误差均小于5%,满足工程生产要求,进而证明了不同材料预测模型求解方法的正确性。
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