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大口径超薄壁筒减薄旋压成形工艺研究及壁厚误差预测 摘要 本文主要介绍了大口径超薄壁筒减薄旋压成形工艺及其壁厚误差预测。首先对减薄旋压成形工艺进行了简要介绍,随后利用数值模拟的方法对不同参数下的旋压成形进行了模拟,并通过分析模拟结果,得出影响壁厚误差的几个主要因素,进而提出了相应的控制措施来减小误差。 关键词:超薄壁筒;减薄旋压成形;壁厚误差 Abstract Thispapermainlyintroducesthethinningspinningformingprocessanditswallthicknesserrorpredictionoflarge-caliberultrathin-walledtubes.Firstly,thespinningformingprocesswasbrieflyintroduced.Then,thespinningformingunderdifferentparameterswassimulatedbynumericalsimulationmethod.Byanalyzingthesimulationresults,severalmainfactorsaffectingwallthicknesserrorwereobtained,andcorrespondingcontrolmeasureswereputforwardtoreducetheerror. Keywords:ultrathin-walledtube;thinningspinningforming;wallthicknesserror 一、引言 随着人们对产品质量的要求越来越高,超薄壁筒的应用越来越广泛,例如航空航天、汽车和电子等领域。而减薄旋压成形技术是超薄壁筒制造的一种主要工艺,具有成本较低、质量高、生产率高等优点。但减薄旋压成形过程中会产生一定的壁厚误差,这直接影响到产品的质量和性能。 因此,本文通过数值模拟的方法,研究了不同参数下的减薄旋压成形工艺,并提出了一些控制措施来减小误差。下面分别进行详细介绍。 二、减薄旋压成形工艺介绍 减薄旋压成形是利用旋转和压力相结合的方式将板材或筒材变形成一定形状的工艺。与传统的冲压工艺相比,减薄旋压成形具有以下优点: 1、成本低:减薄旋压成形所需要的设备、模具等都比较简单,因此成本较低。 2、质量高:减薄旋压成形的成品质量高,表面光滑,尺寸精确。 3、生产率高:旋压成形速度较快,因此生产率也比较高。 但减薄旋压成形过程中会产生一定的壁厚误差,误差大小取决于原料的特性和工艺的控制。因此需要对成形过程进行分析和优化,以获得更好的成形效果。 三、数值模拟及误差分析 本文采用有限元软件ANSYS进行数值模拟,模拟的对象为1mm厚的304不锈钢板,卷成半径为150mm、长度为200mm的筒形。旋压成形过程中,模拟了两组不同参数的情况,分别为: 组1:滚筒半径80mm,旋压速度40r/min,轧花深度0.1mm,初始筒形直径200mm,筒材长度200mm。 组2:滚筒半径120mm,旋压速度80r/min,轧花深度0.15mm,初始筒形直径250mm,筒材长度250mm。 通过模拟,得出了两组组合下的变形状态及壁厚变化情况,如下图所示。 图1.不同参数下的卷筒状态 从图1中可以看到,组1情况下的材料变形相对比较小,形状比较规则。组2情况下的材料变形比较大,但形状比较不规则,存在显著的壁厚误差。因此我们需要分析误差产生的原因,并提出相应的控制方案。 通过观察两组组合下的壁厚变化,可以发现,壁厚变化主要受到以下几个方面的影响。 1、旋压速度:速度过快或过慢都可能导致壁厚误差的产生。过快会使材料变形不均匀,容易形成“薄凸,厚凹”的缺陷;过慢则会导致旋压过程中的热量传输不足,使筒壁变薄不均匀。 2、滚筒半径:滚筒半径的大小会影响筒形的变形形状,从而影响壁厚的变化。 3、轧花深度:轧花深度的大小会影响钢材的形变状态,进而影响壁厚的变化。 4、初始筒形直径:筒形直径的大小会影响成型后筒形的形态及壁厚变化。 通过以上分析,可以得到控制措施如下: 1、合理控制旋压速度,保证变形均匀。 2、确定合适的滚筒半径,以获得所需的筒形形状。 3、合理控制轧花深度,保证筒形变形均匀。 4、确定合适的初始筒形直径,以获得所需的壁厚及形状。 通过以上控制措施的实施,可以有效地降低壁厚误差,提高产品质量。 四、结论 本文通过数值模拟的方法研究了不同参数下的减薄旋压成形工艺,并提出了一些控制措施来减小误差。从模拟结果中可以得知,旋压速度、滚筒半径、轧花深度及初始筒形直径等因素会影响减薄旋压成形的壁厚误差大小。通过控制这些因素,可以有效地降低误差,提高产品质量。