薄壁型材多点拉弯过程的数值模拟

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铝合金型材是一种常见的轻量化合金材料,力学性能好、重量轻,被广泛应用于车辆制造、航空航天等相关行业。拉弯成形是铝合金型材的主要成形方法,成形后的零件回弹小、表面质量好。但是传统的拉形模具生产成本高、制造周期长,无法适应现代化生产的柔性化、数字化需求。多点成形技术将传统的成形模具离散为一系列紧密排列的基本体冲头,通过自动调整冲头高度快速改变成形模面形状,用于不同几何形状零件的成形,从而实现板料成形的柔性化。利用多点成形的离散化思想,用多点可变模具代替拉弯成形中的实体模具,可以实现铝合金型材的多点数字化拉弯成形,降低生产成本,实现型材从设计到制造过程的数字化、柔性化。本文以典型的薄壁矩形型材作为研究对象,研究多点拉弯成形的可行性、以及主要成形参数对零件成形质量的影响规律。所做主要工作如下:针对型材拉弯过程的受力特点,对拉弯成形三个阶段分别进行了力学分析,总结了各自的变形特点。推导了聚氨酯橡胶弹性垫的本构关系,建立了多点拉弯成形的有限元模型,分析不同加载路径对成形质量的影响,研究位移施加点对成形结果的影响规律,找到了型材拉弯成形的最佳施力点。分别研究了整体模具、多点模具下型材拉弯过程中的回弹及截面畸变缺陷的产生机理,探讨了充压大小对截面畸变的影响规律以及预拉量和补拉量对最大回弹的影响规律,结果表明多点拉弯工艺可以用于铝合金型材拉弯。在薄壁型材多点拉弯成形中,内充压强越大,截面畸变越小,超过合适充压后,畸变增大;拉弯半径、型材壁厚越大,畸变越轻微;型材宽高比越大,需要的内充压强越小;零件的回弹量随着预拉量、补拉量、弹性垫硬度以及型材壁厚的增大而减小,随着弹性垫厚度、拉弯半径的增大而增加;但是当预拉量和补拉量达到某一定值后,回弹不再变化。缺陷抑制方面,探讨了充压、填充橡胶和两者结合对截面畸变的影响;分析了不同截面型材的畸变规律,找到了各自的合适充压;找到了成形精度最好时所需弹性垫厚度;推导了预拉量、补拉量、成形曲率和型材壁厚与最大回弹间的数学关系表达式。
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