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1、西安航空職業(yè)學院畢業(yè)論文基于PAM-STAMP的導管擴徑成形工藝分析姓 名： 專 業(yè)： 航空電子 班 級： 完成日期： 指導教師: 摘要：本文使用專業(yè)金屬板料成形的有限元模擬分析軟件PAM-STAMP對外圓直徑20的導管擴徑至24的成形過程進行數(shù)值模擬分析，通過對管子成形時局部受力狀態(tài)以及壁厚減薄量的分析，確定了最佳的擴徑方法。并根據(jù)前處理參數(shù)的設定原則，得出了該導管擴徑工藝方案的制定方向。關(guān)鍵詞:PAM-STAMP，擴徑，工藝分析引言擴徑是使用機械擴徑模具對管材加工的一種方法，在擴徑時隨著模具的進給，模具對管壁產(chǎn)生軸向作用力，推動管壁變形，進而管子外徑、壁厚、內(nèi)徑隨之變形。在成形過程中導管會
2、出現(xiàn)壁厚減薄超差、管端拉裂等缺陷，嚴重影響后續(xù)管路使用。本文以某型發(fā)動機的某導管為例，利用金屬板料成形的有限元模擬分析軟件PAM-STAMP對其擴徑成形過程進行了數(shù)值模擬分析以得到工藝可行性、工裝可行性以及成形危險區(qū)域等結(jié)果，為后續(xù)的工藝制定提供了重要的指導作用。1 擴徑成形要求如圖1所示，導管在擴徑成形時，一般要保證成形后外徑尺寸D2、成形后壁厚值以及過渡區(qū)域的軸向直線長度L，并且要保證成形后內(nèi)外表面無機械損傷，且管端無成形時的拉傷。圖1某型發(fā)動機的某導管在成形前外徑D1為20mm，壁厚為1mm，擴徑后要求外徑D2達到24mm，壁厚不小于0.88mm，過渡區(qū)域直線段長度L不大于8mm。2 擴
3、徑成形過程的有限元法分析PAM-STAMP是由法國ESI公司推出的模擬仿真系統(tǒng)，能夠為客戶提供在實際復雜的工業(yè)條件下可視化的沖壓成形模擬。該軟件依托隱式求解器對成形過程進行快速分析，能夠得出具有優(yōu)化精確度與高計算效率的模擬結(jié)果，并能對加工中產(chǎn)生的成形缺陷等問題進行準確度非常高的預測。2.1 模型的創(chuàng)建擴徑的成形過程為首先使用V形夾緊塊夾緊導管，然后擴徑椎體沿軸向進行擴徑。使用UG軟件對夾緊塊、導管以及擴徑椎體進行建模。為了分析不同錐角的椎體對成形結(jié)果的影響，分別創(chuàng)建錐角為5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5、30、32.5、35擴徑椎體，如圖2所示。完成建
4、模后，按照實際工裝安放位置進行裝配，如圖3所示。圖2圖32.2 仿真分析在完成了以上的工作之后，將夾緊塊、管胚以及擴徑椎體導入到PAM-STAMP軟件中，分別對以上物體進行網(wǎng)格劃分，管胚采用自適應網(wǎng)格優(yōu)化。通過前期的摩擦力實際測算，按照實際工況情況將V形夾塊與管胚間的摩擦系數(shù)設定為0.2。運動狀態(tài)為上V形塊沿管子徑向朝管胚運動，接觸并夾緊，夾緊力設定為20kN。擴徑椎體在實際擴徑時使用蓖麻油或二硫化鉬進行潤滑，擴徑椎體與管胚的摩擦系數(shù)設定為0.1，依據(jù)設備實際運行狀態(tài)，擴徑椎體的進給速度設定為3mm/s。在完成邊界條件及運動狀態(tài)設定后，對13組不同錐角的成形過程分別進行分析計算。通過對后處理結(jié)
5、果中的壁厚減薄情況分析可得，隨著擴徑椎體的錐角的增加，導管變形區(qū)的壁厚減薄值在逐漸升高。最大減薄處主要集中在初始變形區(qū)。如圖4所示。圖4在對成形區(qū)域的應力狀態(tài)進行分析，可知隨著擴徑椎體的錐角的增大，應力值逐步上升，為了將錐角、最大壁厚減薄值以及最大應力值進行關(guān)聯(lián)比較，將上述仿真模擬的13種錐角最大壁厚減薄以及最大應力關(guān)系繪制在同一圖內(nèi)，如圖5所示。圖5從圖5中可知，在錐角為17.5至27.5的范圍區(qū)間內(nèi)，導管所受的最大應力升高較為穩(wěn)定，錐角為20至27.5范圍區(qū)間內(nèi)，導管的壁厚減薄維持在0.8mm左右，壁厚未出現(xiàn)突變的跡象。導管以上的成形質(zhì)量變化與成形時的受力狀態(tài)有著直接關(guān)系，對于塑性成形加工
6、，主應力法是求解變形力的一種近似解法，通過對導管變形區(qū)的應力狀態(tài)進行理論解析以掌握導管的變形規(guī)律。文獻4提出了擴徑力公式，擴徑力F: F=L|r=R12R1t =1.15sctg-R2ctgR2+lctg+1R1R2ctg+1+ctg2R1t (2.2.1)當l=0時，并令A=ctg，B=1+AA L=1.15B1-rR2As (2.2.2) =1.15B1-rR2A+1s (2.2.3) r=1.15B1-rR2A+1stcosr (2.2.4) F=2.3R1tB1-R1R2As (2.2.5)(2.2.1)-(2.2.5)中屈服應力為s，導管壁厚為t，錐角角度為，摩擦系數(shù)為，定徑帶長度為
7、l，圓管中心曲面直徑為D1=2R1，擴徑后D2=2R2，軸向應力為L，徑向應力為r，環(huán)向應力為。由公式（2.2.1）-（2.2.5）可知軸向、徑向、環(huán)向應力以及擴徑力與模具錐角、摩擦系數(shù)、定徑帶長度、初始及擴徑后直徑有著密切聯(lián)系。值得注意的是，隨著擴徑椎體的錐角的增大，在成形初始階段，導管與V形夾塊間的末期滑移現(xiàn)象明顯下降，原因為當錐角越小時，椎體的側(cè)面積越大，與管胚產(chǎn)生的接觸摩擦力越大，根據(jù)作用力與反作用力關(guān)系，椎體施加給管胚的反作用力就越大，導致管胚與夾塊發(fā)生滑移，進而影響成形質(zhì)量，因此應在保證滿足最大應力不超差時盡量選擇較大錐角的椎體。3 工藝性分析與總結(jié)在完成了以上多組的成形模擬分析后
8、，通過與檢驗要求對比，可以初步得出當擴徑椎體錐角為20至27.5范圍內(nèi)時，導管成形后壁厚能夠較好地控制在0.88mm以下。結(jié)合前處理過程中的參數(shù)設定，當使用潤滑油或潤滑脂時能夠較好地保證成形質(zhì)量，因此在工藝制定時要特殊注意工裝與管子間摩擦力的控制。由于過渡區(qū)域直線段長度要求不大于8mm，故擴徑椎體錐角控制在14以上，因此該形擴徑導管的擴徑錐角應控制在20至27.5范圍內(nèi)，在后續(xù)的工裝設計中應考慮加入進給限位裝置，以保證過度區(qū)域的長度尺寸要求。參考文獻專著：1李瀧杲.金屬板料成形有限元模擬基礎-PAMSTAMP2G(Autostamp)M。北京：北京航空航天大學出版社，2008期刊：2董克媛，鄧小民。芯棒角度對擴徑后管壁變化影響的計算機模擬J。中國高新技術(shù)企業(yè)，2009.129:189-190論文集：3柴彩娟。圓壁擴徑加工過程仿真與裂紋產(chǎn)生機理研究D。西安電子科技大學2010論文集：4劉俊杰。圓壁管擴徑加工的塑性成形機理及斷裂分析D。西安電子科技大學2008致 謝 感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。由于我的學術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正!
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