內(nèi)環(huán)筋薄壁殼體內(nèi)旋壓工藝有限元模擬與試驗研究.pdf

1、帶內(nèi)環(huán)筋、薄壁是曲母線筒形件廣為采用的結(jié)構(gòu)形式，是在保證零件剛度、強(qiáng)度不降低的情況下減輕重量的首選結(jié)構(gòu)形式。本課題以鋁合金殼體為研究對象，研究帶內(nèi)環(huán)向加強(qiáng)筋薄壁殼體零件的內(nèi)旋壓成形，通過有限元數(shù)值模擬和試驗研究，分別對小端起旋和大端起旋兩種內(nèi)旋壓成形工藝及制品的組織與性能進(jìn)行了研究。
　　采用ABAQUS軟件對異形薄壁殼體小端起旋和大端起旋兩種內(nèi)旋壓成形工藝進(jìn)行了有限元模擬，對其旋壓力和變形情況進(jìn)行了計算分析。采用小端起旋的預(yù)成形

2、-終成形旋壓工藝，可獲得變形均勻的圓筒形薄壁件。這種旋壓工藝的徑向旋壓力最大，軸向旋壓力次之，切向旋壓力最小。與徑向旋壓力相比，切向旋壓力基本可以忽略不計。在殼體大端的后端框和中間段蒙皮部分的旋壓成形過程中，其旋壓力存在平臺區(qū)，成形過程平穩(wěn)；在殼體小端前端框部分的旋壓成形過程中，旋輪的軸向行程越大，減薄率越大，旋壓力越大，殼體旋壓成形的最大旋壓力出現(xiàn)在這一過程中。若將大端固定，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑旋壓，但在殼體的蒙皮與前端框的過渡區(qū)域出現(xiàn)變形不

3、穩(wěn)定區(qū)。
　　通過對某內(nèi)環(huán)筋薄壁殼體小端起旋和大端起旋兩種旋壓工藝試驗，分別研究了大端和小端起旋兩種內(nèi)旋壓工藝的成形規(guī)律。采用大端和小端起旋工藝成形曲母線薄壁殼體時，存在如下兩種工藝：一是在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑的同時，壁厚基本保持不變；二是在擴(kuò)徑的同時，壁厚進(jìn)行減薄。對于大端起旋，當(dāng)模具半錐角小于毛坯半錐角時，其壁厚減薄規(guī)律應(yīng)符合正弦律，而小端起旋的壁厚減薄規(guī)律不受正弦律約束。根據(jù)正交試驗結(jié)果確定的內(nèi)旋壓成形工藝參數(shù)分別為：進(jìn)給比0.6mm/

4、r，減薄率25％，旋輪圓角半徑6mm，旋輪安裝角25°。通過旋壓試驗確定的帶內(nèi)環(huán)筋薄壁殼體小端起旋工藝流程為：毛坯下料→毛坯加工→退火處理→預(yù)成形→淬火→終成形→零件加工。與之對應(yīng)的旋壓工藝參數(shù)分別是：預(yù)成形的最大壁厚減薄率25%，終成形的最大減薄率為10%；旋輪圓角半徑6mm，旋輪進(jìn)給比0.6mm/r，主軸轉(zhuǎn)速50r/min。試驗件的壁厚差為±0.05mm，圓度為0.15mm。
　　對某制品薄壁殼體旋壓試驗件蒙皮段的微觀組織和力

5、學(xué)性能進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，退火-旋壓工藝成形的制品晶粒比較細(xì)小，尺寸在1μm～5μm之間，但強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求；而預(yù)成形-終成形結(jié)合中間淬火工藝成形制品的晶粒較大，尺寸在15μm～20μm之間，總變形量越大，晶粒尺寸越細(xì)小，其抗拉強(qiáng)度滿足>360MPa的設(shè)計要求；內(nèi)旋壓所有試驗件在切向上均有纖維組織產(chǎn)生，總變形量越大，切向纖維組織越明顯；退火—旋壓工藝成形的制品殘余應(yīng)力值較小，預(yù)成形-終成形結(jié)合中間淬火工藝旋壓制品殘余應(yīng)力值相對較