学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

提高大型数控折弯成形精度的关键技术研究

作　者: 李亨
导　师: 刘全坤
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 大型折弯挠度补偿角度精度模拟退火免疫算法开口自动可调相变潜热
分类号: TG659
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

高速铁路、工程机械等装备制造业的发展使得金属构件趋于大型精密化,提高大型数控折弯件的成形精度和折弯模关键零件的精度指标具有重大意义。本文围绕影响大型数控折弯成形精度的若干关键技术问题,开展精密折弯的实用化研究。对大型数控折弯机滑块和工作台受载时的挠度变形及加凸补偿技术进行研究。应用Timoshenko梁理论建立折弯加载解析模型,考虑形状、尺寸、惯距等因素对折弯精度的影响,推导得出折弯机滑块与工作台的变形规律为长度方向各点处的挠度与载荷成正比；挠度变形曲线是一元四次方程。折弯机的变形使得大型折弯件全长方向上的角度无法保证一致性,本文分别从几何式、液压式和机械式三方面研究折弯机的变形补偿技术,提出多组不同角度楔块相互配合的同步补偿思路,利用数值模拟及实测方法获得的准确挠度补偿数据,开发了一种新型机械式挠度补偿装置,实现了折弯整体挠度补偿自动化。实验发现未采用补偿装置的3m长折弯件端部与中间的直线度差值为1.28mm,角度由中间向两端逐渐增大,偏差达到士1。；而采用补偿装置后的折弯件直线度控制在0.30mmm之内,角度偏差控制在士25’范围内。高于国标I级精度标准。研究了关键工艺参数对大型折弯角度的影响,开发了一种新型开口可调式下模,实现了模具开口“无级”调节。以工程常用的8mm厚低碳高强钢板折弯为例,采用数值模拟方法研究下模开口大小、下模入口处圆角半径、上模圆弧半径和上模压下量四个关键参数对折弯过程中的应力、应变和回弹后残余应力分布的影响,发现随着上模压下量的增加,回弹角逐渐减小,减小趋势趋于平缓。结合正交试验方法和数值模拟技术建立25组不同参数的试验,采用直观和极差方法分析四个关键参数对折弯角度的影响顺序为上模弧面半径>上模压下量>下模圆角半径>下模开口。在正交试验的基础上通过响应面法计算得到折弯角度预测模型,借助Delphi平台开发折弯角度快速预测模块。结合免疫算法和模拟退火算法优点编制程序,以关键参数作为待优化变量,以折弯角度与目标角度的偏差最小值为优化目标,对采用插块式可调下模的折弯成形工艺进行优化,比较模拟预测和试验结果可知两者具有较好的一致性。为使下模开口达到可调范围内的任意大小,开发了一种新型开口可调式折弯下模,通过系列传动零件配合实现模具开口“无级”调节,扩大了折弯件加工范围。针对现有热处理工艺的不足进行了改进,采用等效热容法处理材料相变潜热,对折弯模镶条淬火冷却过程进行了数值模拟及试验研究,解决了折弯模关键零件镶条的淬火硬度均匀性问题和淬火后变形导致的孔距变化问题。研究发现镶条横截面的温度场分布由两表面交接处至心部呈递进式梯度变化,在镶条进入淬火液后0-15s之间,表面换热边界条件对温度场分布起主导作用,导致镶条表面与心部温差很大,最大值为256.29℃。在15-60s之间,内部的热传导逐步取代表面换热边界条件对温度场分布起主导作用,镶条表面的冷却速度小于内部的冷却速度。在65s左右时发生马氏体转变释放潜热,使得冷却速度有较大幅度降低。试验发现镶条表面整体硬度稳定在57±2HRC,硬度均匀性比原有工艺的57±4HRC有所提高。淬火后镶条伸长0.52mmm,其中两端孔距增加0.42mmm,对于一体化的长尺寸镶条,钻孔时对孔间距需考虑“放量”。拟合试验数据获得线性公式△x1=3.885x10-4x+0.1057(0<x≤4000),用于一般精度要求的放量计算；二次多项式△x2=-3.819×10-7x2+5.281×10--4x+0.0996(0<x≤4000)用于精度要求较高的放量计算。本文的研究成果,可以为高精度大型折弯件生产提供技术支持；设计发明的新型机械式挠度补偿装置和开口自动可调下模,已成功应用于实际生产。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
致谢  12-20
第一章绪论  20-34
  1.1 引言  20-21
  1.2 折弯工作成套装备  21-23
    1.2.1 C型折弯机主要结构和工作原理  21-22
    1.2.2 折弯模种类  22-23
  1.3 关键技术国内外研究概况  23-30
    1.3.1 折弯机加载后结构变形及补偿措施  23-26
    1.3.2 板料成形过程的数值模拟研究  26-27
    1.3.3 智能优化方法在板料成形方面的应用  27-28
    1.3.4 淬火过程的数值模拟研究  28-30
  1.4 课题来源及研究目标  30-31
  1.5 研究路线及研究内容  31-34
第二章大型折弯时滑块与工作台的变形规律研究  34-52
  2.1 折弯模装夹方式  34-35
  2.2 滑块与工作台受载后的变形分析  35-41
    2.2.1 Timoshenko梁理论  36-38
    2.2.2 折弯加载梁模型  38-39
    2.2.3. 滑块与工作台的变形解析  39-41
  2.3 滑块与工作台受载后的有限元分析  41-48
    2.3.1 有限元接触分析  41-43
    2.3.2 有限元建模及关键技术  43-46
    2.3.3 有限元仿真结果分析  46-48
  2.4 理论、模拟与实测结果讨论  48-50
  2.5 本章小结  50-52
第三章挠度加凸补偿提高折弯精度  52-62
  3.1 挠度补偿方法研究  52-56
    3.1.1 几何式挠度补偿  52-54
    3.1.2 液压式挠度补偿  54-55
    3.1.3 机械式挠度补偿  55-56
  3.2 新型机械式挠度补偿机构  56-57
  3.3 实验验证  57-60
  3.4 本章小结  60-62
第四章工艺与模具参数对大型折弯件角度精度的影响研究  62-82
  4.1 大型板料折弯  62-63
  4.2 板料折弯有限元模型建立及关键技术处理  63-73
    4.2.1 有限元求解技术路线  63-64
    4.2.2 有限元求解的控制方程  64-66
    4.2.3 材料本构模型  66-68
    4.2.4 单元选择及尺寸确定  68-69
    4.2.5 有限元模型  69
    4.2.6 有限元模型结果分析  69-73
  4.3 基于正交试验的折弯影响因素分析  73-81
    4.3.1 正交试验设计  73-75
    4.3.2 试验方案  75-76
    4.3.3 交试验的直观分析  76-78
    4.3.4 正交试验的方差分析  78-81
  4.4 本章小结  81-82
第五章工艺与模具参数优化提高大型板料折弯精度  82-94
  5.1 响应面法及应用  82-85
  5.2 折弯工艺参数优化及应用  85-89
    5.2.1 免疫算法基本原理及关键技术  85-86
    5.2.2 模拟退火算法基本原理及关键技术  86-87
    5.2.3 模拟退火免疫算法应用研究  87-89
  5.3 自动可调开口下模  89-91
  5.4 模拟验证  91-92
  5.5 本章小结  92-94
第六章折弯模镶条淬火冷却过程模拟及试验  94-108
  6.1 热处理工艺与试验方案  94-96
    6.1.1 镶条加工及热处理工艺  95
    6.1.2 试验方案  95-96
  6.2 瞬态温度场的有限元模拟  96-102
    6.2.1 温度场数学模型  96-98
    6.2.2 热物性参数的选择  98-99
    6.2.3 潜热的处理  99-100
    6.2.4 温度场求解流程  100
    6.2.5 计算模拟和结果分析  100-102
  6.3 试验结果分析讨论  102-105
  6.4 镶条淬火前放量研究  105-106
  6.5 本章小结  106-108
第七章结论与展望  108-112
  7.1 结论  108-109
  7.2 展望  109-112
参考文献  112-120
攻读博士期间成果  120-121

提高大型数控折弯成形精度的关键技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文