单轴柔性滚弯成形的有限元分析研究

利用弹性介质(聚氨酯橡胶)对钣金件进行单轴柔性滚弯成形是一种先进的钣金制造工艺。论文介绍了单轴柔性滚弯的工作原理,同时,将大变形弹塑性有限元引入单轴柔性滚弯成形领域,利用高级非线性有限元软件MSC/MARC,建立了单轴柔性滚弯挤压矩形管成形过程的三维有限元模型,成功模拟了板料滚弯成形及回弹的实际过程,对工件滚弯成形过程的主要影响因素进行了分析,获得了滚轴的压入量、橡胶硬度、滚轴直径与回弹后工件的曲率半径之间的关系曲线。     

基于有限元分析的二轴柔性滚弯过程影响因素的研究

利用弹性介质对钣金件进行二轴柔性滚弯成形是一种先进的钣金制造工艺,将弹性介质(聚氨酯橡胶)的冲压优势和传统滚弯原理结合,成为钣金成形领域的一个新的发展方向。本文利用有限元软件MARC建立二轴柔性滚弯过程的有限元分析模型,成功的模拟了板料滚弯成形及回弹的加工过程,对工件滚弯成形过程的主要影响因素进行了分析,给出了压入深度、柔性层厚度、刚性滚轴半径、材料性能与回弹后曲率半径的关系。分析结果表明,有限元模拟对滚弯过程的工艺参数选取有着一定的指导意义。     

塑性精确理论在双轴柔性滚弯技术中的应用

将塑性精确理论应用到双轴柔性滚弯技术的理论分析,得到了滚弯变形时板内的径向应力、周向应力和弯矩的计算公式,并结合工件外部受力和经典回弹公式,给出了一个具体算例。计算结果表明,塑性精确理论提高了柔性滚弯分析精度,可以更好地解释工件的成形机理,具有一定的实用性。     

神经网络和有限元方法在两轴柔性滚弯中的应用

针对两轴柔性滚弯回弹难预测的特点,本文采用有限元和神经网络技术建立两轴柔性滚弯的工艺参数和滚弯零件直径之间的映射关系。有限元用于实现对滚弯过程模拟,获取神经网络预测模型的训练样本集;人工神经网络用于建立预测模型,获取两轴柔性滚弯的预测值。用实验值检验模型的预测值,通过比较,发现两者吻合良好,仅存在较小差异。这证明该方法是有效的,可以为实际生产过程中参数的选择提供有力的帮助。     

型材变曲率滚弯过程有限元模拟

采用大型有限元分析软件ANSYS建立了型材滚弯成形弹塑性有限元模型,成功地完成了型材变曲率滚弯过程的数值模拟,数值模拟结果与生产实际情况符合较好。利用有限元模型,分析了变曲率型材零件滚弯成形后的残余应力分布,研究了滚弯成形后型材剖面角度的变化,可以为实际生产过程中参数的选择和滚弯工装的设计提供有力的帮助。     

大截面Z型材数控滚弯成形精度的数值模拟研究

为了提高型材滚弯成形外形轮廓的精度,研究了Z型材滚弯成形回弹变形规律,建立了型材成形半径与滚弯机侧滚轮位移的关系,给出了考虑回弹变形的型材滚弯成形工艺参数。基于ABAQUS有限元软件,建立了型材滚弯成形过程的三维模型,分析了主滚轮尺寸、夹紧力和摩擦系数对型材沿长度方向各段曲率变化的影响。结果表明:主滚轮尺寸越大,曲率分布越均匀;并确定出该型材滚弯成形时合理的夹紧力和摩擦系数范围。应用模拟分析确定的最佳工艺参数完成该型材的滚弯成形加工,验证了该参数对滚弯型材外形精度的提高作用。     

不同厚度3/4硬301型不锈钢带材双轴柔性滚弯成形性能研究

利用3/4硬301型不锈钢带材制备直筒开缝衬套,研究不同厚度带材的双轴柔性滚弯成形性能。首先,通过拉伸实验以及文献中的性能参数,建立3/4硬301型不锈钢带材的本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS对不同厚度带材在同一挤压量情况下的双轴柔性滚弯成形过程进行了仿真分析;其次,基于挤压量单因素试验对不同厚度带材的双轴柔性滚弯成形实验进行了研究,获得了一系列成形试样;最后,利用MATLAB拟合程序识别出实验及仿真结果的带材成形半径,获得了带材厚度对其双轴柔性滚弯成形性能的影响规律,且揭示了其影响机制。     

柔性滚弯成形技术研究进展

柔性滚弯成形技术主要用于制造形状多样化、生产批量小的复杂薄壁曲面制件,广泛运用于飞机、船舶、火箭等运载工具。总结了柔性滚弯成形技术在国内外的研究现状,介绍了刚性辊滚压橡胶垫的单轴柔性滚弯成形技术;刚性辊和柔性辊相互作用或者双柔性辊相互作用的双轴柔性滚弯成形技术;可弯曲、可调节的三柔性辊相互作用的曲面连续成形技术。对新型工艺技术的基本原理以及工艺特点进行了分析和总结。     

大型U形板材工件渐进滚弯成形数值模拟

利用ABAQUS有限元分析平台,对大型U形板材工件渐进滚弯成形及其回弹过程进行数值模拟,其中工件材料类型选择普通低碳钢。针对半椭圆形工件形状,提出用半径不同的五段圆弧逼近的几何规划。在此基础上,根据加工过程可能出现的缺陷,合理设计滚弯道次,调整ABAQUS参数设置。用模拟优化的工艺参数成形加工半椭圆形板材工件,经origin8拟合配准,其各段曲率半径最大误差小于5%。模拟结果表明,用渐进滚弯方法成形加工半椭圆形工件是可行的,且模拟过程满足准静态响应的要求。     

柔性滚弯技术在国外的应用进展

利用弹性介质对钣金件进行柔性滚弯成形,是一种先进的钣金制造工艺,将弹性介质的冲压优势和传统滚弯原理结合,成为钣金成形领域的一个新的发展方向.文章介绍了柔性滚弯技术在国外的应用进展,并以通用机床、专用机床、自动化机床和CNC机床为例,简要说明各类柔性滚弯机的工作原理和运转流程,为我国专业工作者提供参考和帮助.     

考虑接触演变的板材回弹过程建模与优化

回弹是由工件在卸载后的弹性变形引起的。板料成形过程中为了控制成形件的最终形状,必须进行回弹设计优化。准确预测回弹对于板料成形过程的模具设计非常重要。降低回弹模拟结果与试验结果的偏差是设计过程中的难题。基于NUMISHEET’02的自由弯曲标准考题考虑板材与模具间的接触演变过程,建立了一个有限元模型来预测回弹。采用一个常规的优化方法对有限元分析中的材料和单元模型进行了分析,研究发现不同模型对回弹结果有较大影响。模拟结果与参考文献中的试验结果比较表明了模型的正确性和可行性。     

考虑弯曲回弹的拉弯模外形设计方法

拉弯是型材弯曲成形的重要方法,可以有效减少回弹、提高成形精度,在飞机、汽车弯曲件成形中得到广泛应用。采用弯曲回弹理论分析,结合拉弯零件数字化模型,修正拉弯模模具轮廓;采用圆弧样条表示模具轮廓,给出了拉弯模合理外形的计算方法。在理论分析基础上,通过有限元分析方法计算拉弯型材的回弹量,评估拉弯模型面的回弹修正量及拉弯件校形余量的减少情况。为提高汽车和飞机拉弯件的质量和促进工装的数字化设计提供了合理有效的方法。     

空间弯管仿真与回弹补偿

回弹是空间弯管成形的主要成形缺陷。为了预测和补偿空间弯管成形中的回弹,通过编写用户幅值子程序（UAMP）,将有限元法应用于空间弯管的成形和回弹分析,提出了一种从仿真结果中提取管材中心线的方法。通过圆柱螺线形弯管成形的仿真计算,建立了管材回弹前后中心轴线曲率、挠率的关系。提出了一种基于求解曲线基本方程的空间弯管模具型面补偿方法,论述了曲线几何补偿的数学依据。通过对曲率和挠率(均为非常值)曲线进行补偿计算和成形仿真,对该方法进行了验证。结果表明该方法能够有效补偿回弹误差,保证弯管精度。     

Optimisation of springback in bending processes using FEM simulation and response surface method

The aim of this work includes the springback optimisation of bending processes using the concept of experimental design and response surface methodology (RSM). The optimisation method includes two phases. The first involves the objective function prediction using design of experiments and response surface method, while the second is an optimisation process using a FORTRAN gradient algorithm. Springback of sheet parts during bending processes is simulated using finite element model (FEM) including damage evolution effects within the sheet. The numerical simulation of the damage evolution has been modelled by means of continuum damage approach. The Lemaitre damage model, taking into account the influence of triaxiality, has been implemented into ABAQUS/Standard code in order to predict the external fibres rupture evolution during the process and the material characteristics changes after bending. The simulation included die corner radius and punch-die clearance as the main variables.     

拼焊板V形自由弯曲回弹控制影响因素分析

在平截面和平面弯曲等假设条件下,建立了可适用于纵向拼焊板V形小曲率自由弯曲回弹的解析预测模型。在自由弯曲卸载阶段,该模型引入了两母板间相互作用的弯矩,基于单一母板求解了拼焊板回弹后的弯曲角。利用解析模型分析了不同工艺参数对拼焊板V形自由弯曲力和回弹后弯曲角度的影响规律,确定了影响拼焊板V形自由弯曲力和卸载后回弹角的主要影响因素。     

Stress and residual stress distributions in plane strain bending

Stress and residual stress distributions in bending are important in calculating springback and loading capacity of a sheet-metal bending part. Great differences have been found in springback prediction with the same input (benchmark problems) among different researchers. In order to find out the root cause of these differences, stress and residual stress calculation methods in plane strain bending are briefly reviewed or developed. The influence of deformation theory and incremental theory, repeating bending, unbending and re-bending, cyclic material models and springback calculation methods on the stress or residual stress distributions are examined and shown to be large. This emphasizes the importance of careful selection of these variables in a simulation model in addition to other general input variables, such as material properties, tool geometry and friction condition. This fact also helps to explain the great differences among different research results, and presents a challenge to both the programmers and the users of finite element packages.     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载-卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

Adding bending stiffness to 3-D membrane FEM programs

The Element Bending Group (EBG) method, previously introduced for two-dimensional (2-D) problems, was developed to introduce an approximate bending stiffness in 3-D membrane, static-implicit, rigid-viscoplastic FEM programs. Inter-element stiffness with respect to change in mesh curvature was evaluated by assuming a standard linear variation of engineering strain through the thickness, without adding degrees of freedom to a membrane model. A constant curvature was utilized for the EBG in the plane normal to the edge common to the two elements in order to calculate bending forces and stiffnesses. Patch tests were conducted to evaluate the performance of this new technique when applied to standard problems, and good accuracy was obtained. The technique was then evaluated in three case studies (each with significant bending deformation). The EBG technique was found to approximate the real bending stiffness, thus enhancing the stability of membrane models and allowing simulation of bending-sensitive configurations, at much reduced computation times compared to standard shell approaches. However, well-developed wrinkling and springback cannot be handled adequately by this method because of mesh-orientation dependence and approximate 3-D bending stiffness.     

基于神经网络的拉弯回弹预测技术研究

以型材拉弯为对象,研究了利用神经网络预测拉弯回弹的关键技术,建立了拉弯回弹预测的人工神经网络模型,有效地解决拉弯控制参数和回弹量之间的非线性映射问题;并利用Matlab神经网络工具箱加以实现,取得了理想的预测精度,验证了预测模型的有效性。该研究推动了人工智能技术在钣金精密成形中的应用。