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模环旋压成形过程的数值模拟与工艺优化的中期报告
中期报告
一、引言
模环旋压（RMS）技术是一种用于制造大规模零件的重要现代金属成形方法。在该技术中，通过在模环中组合使用压力和旋转来形成工件，可以使用低成本材料制造出高强度零件。模环旋压制程对材料流动，变形和残余应力都有重要影响，对于更好地理解模环旋压过程，提高产品质量和降低生产成本至关重要。
因此，本文旨在使用数值模拟方法，研究模环旋压的数值模拟与工艺优化问题。通过对数值模拟结果的分析，优化油压，工件直径和旋转角度等工艺参数。
二、数值模拟模型
在数值模拟模型中，使用了有限元分析软件AnsysWorkbench18.0。建立了数值模拟模型，并将其分为三个主要部分：油压模块，模具和工件。
2.1油压模块
油压模块包括系统的油管，油泵和油缸。研究模型的油管与油缸之间形成其内部压力，内部压力与外界工件接触力形成系统的压力传递。在模拟中，油压使用了有限元内置的FluidDynamicsFluent模块，模拟研究了输入油压对系统内部压力和维度的影响。
2.2模具
模具由四个部分组成：模具头部（工件顶部），模具底部（工件底部），模具外部（工件外部）和模具内部（工件内部）。在运行过程中，工件在鼓风轮操作下旋转，由于油压在模具内部施加力，工件逐渐变形并顺应模块的形状。
2.3工件
工件以键合元模拟，在模拟中为二维平面应变问题，沿径向和周向方向进行变形。工件几何形状，初始尺寸和模具尺寸的相互作用直接影响工件的成形情况。
三、分析与优化结果
通过数值模拟计算不同工艺参数对模环旋压过程的影响，进行流体建模和力学模拟，并记录应变，应力和变形情况。
3.1油压优化
旋转压力和压力传递的大小与油压有关。不同工件特性将影响油压的最佳大小。在本研究中，研究结果表明，当输入油压设定为1000kPa，可以达到最佳的模具表面接触压力。
3.2工件直径与旋转角度优化
模具直径和旋转角度分别影响了工件的成形情况。在本实验中，工件直径和旋转角度被研究的工艺参数。经过数值模拟，发现工件直径在65mm时，可以获得最佳的成形效果。旋转角度研究表明，当旋转角度为30°时，模具表面接触压力达到最大值，工件形状变形更加均匀，工件表面更加平滑。
3.3变形优化
变形研究是模环旋压过程中的最重要问题之一，本研究检测工件表面和圆形度是最常见的两个变形形式。数值模拟结果表明，当工件的外部半径差异达到0.05mm时，工件变形已经达到极限，为了减少变形，可以增加油压或调整工具的尺寸。
四、结论
本实验建立了模环旋压过程的有限元模型，进行了数值模拟和工厂优化。结果表明，最佳油压为1000kPa，最佳工件直径为65mm，最佳旋转角度为30°。此外，针对工件的变形问题，可以通过调整油压或工具尺寸等方法来减少变形。因此，本实验结果可以为实际生产中的模环旋压工艺提供参考和建议。