關于雙曲厚板分段多步成形可重構多沖壓模具的研究.docVIP

畢業(yè)設計（論文）譯文 英文題目：A study on segmented multiple-step forming of doubly curved thick plate by reconfigurable multi-punch dies 漢語題目：關于雙曲厚板分段多步成形可重構多沖壓模具的研究 學 院： 機械工程學院 專業(yè)年級： 機械設計制造及其自動化09 姓 名： 林云 班級學號： 機制09-1-28 指導教師： 黃吉東 二一三 年 六 月 四 日關于雙曲厚板分段多步成形可重構多沖壓模具的研究Young Ho Ko1，金明洙Han1，金正民Han11大宇造船海洋工程有限公司，1，Aju洞，巨濟市慶尚南道，656-714，韓國。摘要：雙曲厚板成型在造船行業(yè)的形成目前是由一個用于線暖氣的熱成型工藝形成的。由于它的手動工作問題，工業(yè)希望用另一種方法為船舶制造彎曲的厚板。正是因為這種研究與設想，才制造出了雙曲厚板多重構沖壓成形模具。實驗和有限元分析進行評估了可重新配置的離散壓鑄成形的厚板的可行性。單一和分割的多步程序，是形成的效率和準確性的保證。配置多沖模具適合分割成多個步驟也被探討過。因此，分段多步成形與模具匹配在進行了有限成型時，形狀變得復雜化，一模的配置提供了無與倫比的可能性，更好地為船舶制造大型彎曲板。關鍵詞：厚板，可重構多沖壓模具，單一步成形，分段多步成形。1 引言導板的形成是造船行業(yè)的關鍵制造工藝之一。商業(yè)大型船舶已經(jīng)由手工制作的熱加熱技術過程開始向其他方面轉變，即彎厚板。盡管該技術有許多優(yōu)勢，但是現(xiàn)在的行業(yè)都在大力尋求發(fā)展一種先進的板材成形過程，因而進一步提高生產力和克服熟練的造船工人短缺的問題。作為研究的一部分，人們已廣泛地研究了自動化生產線加熱系統(tǒng)多年，但一個現(xiàn)代化的生產線線加熱研究結果尚未公布，人們也并不完全理解由經(jīng)驗形成過程的機械解釋。因此，預測從熱過程的最終曲率似乎是不能令人滿意的。另一方面，模具沖壓成形產生彎曲板也在各個工業(yè)領域使用，而且在許多情況下是很好的選擇，可以提高精度，同時也可以滿足生產力的要求。但是，在設計和試模精密成型時有很多費用和時間要求。此外，它很難適用于小批量生產數(shù)量的沖壓成形模具，因為它只是一個適合長期使用的工具，并且適用于許多不同的形狀?？芍貥嫸鄾_壓成型技術，使用的是已被廣泛研究了薄板成形離散沖元素的數(shù)組，這一技術吸引了來自各方面的重視。集體矩陣形式的可重構模通過重新排列沖高度可以使許多不同形狀的板連續(xù)。與傳統(tǒng)壓鑄成形相比較，這也是一種比較便宜，快速的技術。哈特開始在70年代末建立一個獨立的模具，該模具是由密密麻麻排列方形針腳陣列組成的。正是這個調查研究，形成了雙曲厚板可重構多沖壓模具。實驗和有限元分析，多沖壓模具的厚板彎曲的配置正是考察其形成的過程。調查表明，這個關于形成雙曲厚板的研究是在重構多沖壓模具配合下完成的。本文的核心目標是技術上評估可重構多沖壓模具的可行性，以及沖壓模具的配置和分割的多步成形的船體板的彎曲情況。制造商程序適用于制造雙曲厚板。2 材料性能材料特性將在有限元分析對船體結構鋼板的實驗結果中有所應用。接下來進行的是一系列加工原料標本的拉伸試驗，并獲得不同厚度鋼板原料。圖1加工試件進行了拉伸測試結果的總結。并且對測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。彈性模量和初始屈服強度測量約有218500MPa和354.6MPa。圖1中的實線代表了測試數(shù)據(jù)的最佳回歸值，假設作為一個衡量當量塑性應變功能的流動應力本構關系的公式，方程（1）代表著該地區(qū)塑性流動結構關系。 塑性變形壓力準確值 圖1 對AH32鋼構關系 圖2 配置的沖陣圖3 單步成型沖床成型可用于生產可移動的沖壓集體矩陣，而且根據(jù)物體表面形狀考慮沖床的頂部和工件接觸的光滑表面來重新安排單個沖元素的高度。沖床的設計變量如在摩擦、間隙、潤滑條件等下在一定程度上會影響沖頭半徑的效率和準確性。據(jù)預計，越厚的板材不僅需要較大的負載設計，而且整個機器也需要更大的力。根據(jù)形成和成本效率，精確目的，因此，重要的是要優(yōu)化沖床設計。圖2顯示了一個單步?jīng)_壓成形實驗陣列配置。在這項研究中，人們運用了簡單的實驗工具進行了測試，主要評估的是船舶皮板的彎曲可能性。這個實驗用了一對匹配沖模塊。在此之前，個別沖元素的高度上，下沖模塊均被調整到所有的沖頭可以接觸的物體的幾何表面頂部和底部的曲線板的位置。經(jīng)過設置，沖頭元素沒有在形成過程中移動，它僅僅承受了相接觸形成的負載。4 彎板成型圖3顯示了從簡單單彎曲成形實驗步驟產生的板形。最初的毛坯是長660毫米、寬220毫米、厚15毫米的AH32船用鋼板。成形后，在其頂部和底部表面有一些凹坑，表明工件之間的應力和接觸過程很不規(guī)則。 (一)等效塑性應變 （二）垂直位移 圖3 成的單一步驟 圖4 單一步驟，簡單曲面板有限元的結果。有限元對模擬板的形成過程進行了比較，并對實驗結果的數(shù)值進行了分析。有限元建模和分析過程可通過比較校準。為了模擬彎曲板，本實驗應用了對稱有限元模型。該板塊應用了8節(jié)點連續(xù)要素。沖床長度都是由剛性曲面建模決定的。圖4顯示了通過等效塑性應變和垂直位移形成了由單一的形成步驟到簡單彎曲板的過程。實驗和有限元分析負載數(shù)據(jù)見圖5。彎曲和伸展是不同的，但是實驗曲線分析結果類似。 圖5 在簡單曲面板負載歷史形成。 圖6 在扭曲板形狀的單一形成實驗步驟5 扭疊成型圖6顯示了單步成型實驗中扭曲形成的板形。最初的毛坯是長660毫米寬220毫米厚15毫米的AH32船用鋼板。在成形的過程中出現(xiàn)了瞬時滑動過程，重復實驗時也得出了類似的結果。在實驗中最重要的不僅是應力密度，而且還有形成難度。因此，要保證接觸的準確性就必須要求均勻的應力和精確的坐標。圖7顯示板的扭轉形成的分析。等效塑性應變顯示對角線對稱和應力集中的局部區(qū)域顯示。這一結果表明了與實驗結果一致。 圖7 扭成形分析使用三維實體單元板（一）等效塑性應變（二）垂直位移圖8 在負載板扭曲歷史形成圖7分析了三維實體元素的結果。在我們的分析中，使用的是15毫米厚的鋼板進行C3D8R分析。與殼單元的模式相比，本次實驗應變分布大，應力集中顯示。然而，應力應變分布類似殼模型。實驗和有限元分析負載歷史見圖8。認真研究負荷分布曲線，可以發(fā)現(xiàn)彎矩出現(xiàn)在最近的20毫米區(qū)域，這是因為板塊之間的滑動過程是一步成型的應力形成的。然而，在類似的實驗中分析發(fā)現(xiàn)有彎曲和伸展現(xiàn)象。換言之，我們得出的結論是，有限元模型充分反映實驗條件。6 嵌段多步成形單步成形的調查與分析，被用于船體生產中的應用實驗。然而，船體板高度比實際尺寸超過23米。因此，對于單生產的液壓設備觀點形成儀器框架和經(jīng)濟效率船體板的一步來說是不可能的。此外，考慮到駕駛的沖模塊，儀器形成單步發(fā)展定位控制設備的費用也是昂貴的。在這項研究中，研究分割成多段形成作為一個步驟形成替代方案。分段多的形成是一個用力量生產目標形狀的漸進過程。單步成形有很大的增量的方法，因為彎曲的板是后形成的，然后分割成多個。分段多的形成是由兩方面研究組成。第一個是對稱沖壓模塊。該模塊具有相同的力度陣列和地區(qū)。二是不對稱沖模塊。這種方法在形成過程中可以使位于較低的力度和可移動的整個身體上沖。對稱沖壓模塊的優(yōu)勢是非常簡單，設備的成本效益低，可以與一些沖模塊配合用。然而，對稱沖壓模塊也有缺點：1）保護壓制形狀2）在材料或沖模塊運輸中對板的限制。因此，為了更優(yōu)化的機械設計，我們嘗試根據(jù)結合形成條件的不同，分析了對稱和非對稱沖壓模塊。在建模過程中，工件毛坯是586毫米 660毫米，厚度15毫米的鋼板，而沖頭直徑為61毫米，沖床間距是1毫米。 (一)比賽模具配置（二）無與倫比的模具配置圖9 有限元模型模擬多個分段成形圖10和圖11顯示了非對稱沖壓模塊分析結果（上沖10 3/下沖10 9），對稱沖壓模塊（上/下沖模塊10 3中）。不對稱沖模塊在中間有足夠的雙曲，但對稱沖壓模塊的曲率缺乏足夠的塑性變形。非對稱沖壓模塊之間，可以進行低沖圍壓的形狀和剛體運動，最終出現(xiàn)足夠的塑性變形。然而，對稱沖壓模塊不支持按下的形狀約束。 (一)等效塑性應變 （二）垂直位移 （一）等效塑性應變 （二）垂直位移圖10 非對稱分段沖模塊，中部地區(qū)形成 圖11 分段對稱沖模塊，中部地區(qū)形成圖12和圖13顯示了非對稱沖壓模塊分析結果（上沖103/下沖39），對稱沖壓模塊（上/下沖模塊103在外部）。對稱沖壓模塊在板塊中間寬度方向沒有曲率。然而，在力量高度分離的差異下出現(xiàn)了足夠的塑性變形。（一）等效塑性應變，（二）垂直位移 （一）等效塑性應變，（二）垂直位移圖12 非對稱分段沖模塊的外部區(qū)域形成 圖13 分段對稱沖模塊的外部區(qū)域形成7 分段多步成形扭板分析判斷有關分割成多個，額外的測試和分析，客觀地完成多為分段成形重建器具。測試模型形狀的扭曲。工件為長660毫米寬220毫米，厚15毫米的鋼板。為了實現(xiàn)與實驗相似的情況，選用較小力量簡單支撐，在有限元模型中并不存在額外的條件。有一個凸起，以防止其沿厚板做剛體運動。分析如下，單步，39沖陣，分段3步形成多個33沖陣，分割成4步加強審查多與過渡區(qū)形成。圖14 在單步滿負荷條件下形成有效應力客觀的形狀（棕色）單步成型（綠色）分3段成型（紅）分4段成型（藍）圖14顯示了一步形成過程。進行了C3D8R（4600元素）分析，上沖模塊是從初始位置轉移到最終協(xié)調，并與低沖接觸，至此，完成形成過程。分段多形成分為兩大類：（1）無過渡區(qū)以及3步形成多線；(2) 因與一線和4步多種成形過渡區(qū)。應力集中的地方顯示出了沖壓過度，但最終沒有一個明顯的形狀差別。等效塑性應力分布顯示在細分表面的不連續(xù)和在最后一步的形狀差別是否在過渡區(qū)并不明顯。在沒有過渡期細分多步形成之際，最后幾乎沒有形狀差別。不過，分段成4步與過渡區(qū)的最終形成過程是較為相似的。由于發(fā)生剛體變形而發(fā)生彎曲的形成過程，也就是說由于板塊的邊緣并不固定，導致輪換和外翻的邊緣生成。因此，在增加面積的轉型期要求加強與分割的多步成形精度。分段成型方向 最大軸向負荷（二）最大的側向力圖15 按最終形成比較成型方法 圖16 軸向和側向力比較成型的方法圖16顯示在最大軸向和側向力下，必須細分一步成形和多步成形需求。單步形成軸向力比多步分割和橫向形成需要更大的應力，而形成多步分段的應力大于一步成形的應力。側向力帶來更大的彎曲固定點，導致沖時刻的破壞。因此，橫向力是該儀器設計核心。8 分段多步成形扭板實驗要驗證分割成多個步驟的可能性，我們已改組現(xiàn)有的實驗裝置。該模塊連接的材料是最大載荷630KN試驗機。圖17顯示在沒有分割的第三步第一過渡區(qū)形成的步驟結果。在實驗的最后一步出現(xiàn)了很明顯的剛體運動。在該實驗中，最終的形狀曲率是不同于客觀的形狀。根據(jù)實驗的進行，隨著沖床接觸面積和彎曲板長度的增大，彎矩變形也隨之擴大。 （一） 形成實驗的第一步驟 （二）負荷位移圖在第一步驟圖17 在分段3步第一一步成形在多種情況下的分段成形過渡區(qū)，與最初的沖壓陣負載位移圖非常相似，但行為位移圖的負載并沒有按照下列過程進行。這就是為什么應力在完成人工重新配置后，聯(lián)系沖床條件不能像分析的那樣是相同的。圖18和圖19線框顯示扭板分割形成實驗和分析多形狀的彎曲。壓型實驗有點不同于最初的分析步驟，但這些最終形狀都和其形成與發(fā)展一樣。這就是為什么分割成多個的初始條件不等同于對方的原因。最重要的因素是剛體變形的差異。實驗（藍）分析（紅）成型方向 圖18 由分段3有限元分析和實驗步驟扭板材成形實驗（藍）分析（紅）圖19 由分段4步成型方向有限元分析和實驗扭板成型方向參考文獻1 Mingzhe Li., Yuhong Liu., Shizong Su., Guandgquan Li., Multi-point forming: a flexible manufacturing method f or a 3-d surface sheet, Journal of Materials Processing T echnology, 87, pp.277-280, 19992 Sebastiaan H.A. 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