辊弯成型团队简介-北方工业大学研究生院

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有限元法模拟分析比较变截面U型材辊弯成型的立辊成型和平辊成型

角为９。，般可采取两种成型加工方式：Ｏ一平辊成型和立辊成型。在通常情况下，辊机架强度小，立
Ｋｙｗｒｓ：ｆｅｂｅｒｌｏｍｎ；ｌｔｏｌｅｇｒｒｌ；ｘｓｄｒｃｉｎｎｒａｄｒｃｉｎＦＡｅｏｄｌｘｉｌｏｌｆｒｉｇｆａｒｌ；ｄｅｏ１ａｉｉｅｔｏ；ｏｍｌｉｅｔｏ；Ｅ
广，而在国内还处于研究起步阶段，是型材冷加这
工成型一个新的研究热点，一种高科技，精度是高
的加工技术。本文针对最简单的变截面Ｕ型材成型
作一些基础性的探讨பைடு நூலகம்，过仿真分析得出结果。通
在实际辊弯成型加工中，型材边部折弯成型
ｕｉｇＳ．ａｃｏｔａｅＴｅｘｓｓｎＭＣＭｒｓｆｗｒ．ｈａｉｄｉｅｔｏｆｅｉｌｒｌｆｒｉｇａｕｅｉｓｅｄｆｏｍｌｒｃｉｎｌｘｂｅｏｌｏｍｎｗｓｓｄｎｔａｏｎｒａｄｒｃｉｎｌｘｂｅｒｌｆｒｎｉｔｉｓｍｌｔｏ．ＡｅｉｓｆｆｅｉｌＵｅｔｏｓｃａｇｄｎｉｅｔｏｆｅｉｌｏ１ｏｍｉｇｎｈＳｉｕａｉｎｓｒｅｏｌｘｂｅｓｃｉｎ，ｈｎｅｉｉｓｅｔｏｓｗｓｓｐｒｔｌｉｕａｅｎｎｌｚｄｂｅｇｒｏ１ｏｍｎｎｌｔｒｌｆｒｉｇｔｓｃｉｎ，ａｅａａｅｙｓｍｌｔｄａｄａａｙｅｙｄｅｒｌｆｒｉｇａｄｆａｏｌｏｍｎ．Ｔｅｏｃｕｉｎｏｎｏｔｈｄｆｅｅｃｂｔｅｔｅｄｅｒｌｆｒｉｇｎｆａｒｌｆｒｉｇｈｃｎｌｓｏｐｉｔｕｔｅｉｆｒｎｅｅｗｅｎｈｅｇｒｏｌｏｍｎａｄｌｔｏ１ｏｍｎ，ｗｅｔｅｅｄｎｃｒｅｗｓ０ｅｒｅｔｅｅｕｔｈｖａｉｅｔｖｆｎｔｏｔａａｖｎｅｆｈｎｈｂｎｉｇｏｎｒａ９ｄｇｅ，ｈｒｓｌｓａｅｄｒｃｉｅｕｃｉｎｏｎｄａｃｏｑａｉｙｏｒｄｃｓａｄｐｏｕｔｏｆａａｏｉａｐｏｕｔ．ｕｌｔｆｐｏｕｔｎｒｄｃｉｎｏｎｌｇｃｌｒｄｃｓ

双轴柔性辊弯成型仿真的有限元建模

（５１８１６．６，０２６．８）；（５１８１６．６。０）；（８１８１０．６，０）；（８．１０１８６，一０．６）；（１３．２，一０．６）２８０３６３２８；（３３６２，）；１２３３０）。１０．３０（７．６２，
组如图２所示。
能。本文通过分析五斜率腿高恒定的型材成型常见的
运动轨迹，建立双轴柔性辊弯成型仿真的有限元模型，
对柔性辊弯成型五斜率型材的过程进行模拟。
１几何建模
本文中的几何建模过程主要是指轧辊的生成以及成型辊成型角度的设置。仿真过程中，在采用在Ｍａｃｒ中建模的方法，避免了用其他软件建模后再导人Ｍａｃｒ里面所产生的不必要麻烦。由于真实的轧辊是圆柱体，在Ｍａｃ用圆柱面来代替，再在接触里面将圆柱面ｒ采定义为刚体即可。
成型过程的运动轨迹模拟是整个仿真过程的核心，Ｍａｃ的Ｃｎａｔ在ｒｏｔｃ中定义整个成型过程。在成型过程中，为了使板材有向前的恒定速度，需要利用夹送辊组定轴旋转的摩擦力来驱使，板材运动的速度为１ｍｍ／。４道次成型辊组的运动轨迹是一样的，因ｓ个此只研究一组成型辊组的运动轨迹即可。
收稿日期：２ｌ－４ｌ；修回日期：２ｌ一７２Ｏｏ０一９ｏｏ０ —４
２参数的设定
作者简介：丁新桥０９２）男，８一．湖北云梦人，读硕士研究生。在

航空发动机用W型截面封严环新型成形工艺及有限元仿真

航空发动机用W型截面封严环新型成形工艺及有限元仿真王海波;桑贺【摘要】本文提出了一种新型 W型截面封严环成形工艺,即辊弯-弯圆-焊接成形工艺.将新工艺与传统工艺进行了对比,并在有限元软件 ABAQUS中建立了辊弯-弯圆成形有限元模型,通过对仿真结果进行成形机理分析探究金属板材在辊弯-弯圆成形过程中的变形行为.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2018(030)005【总页数】7页(P83-89)【关键词】W型截面封严环;辊弯成形;弯圆;有限元仿真;成形机理【作者】王海波;桑贺【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京;北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京【正文语种】中文【中图分类】TH1621 绪论1.1 国内外发展状况W型截面封严环是用于航空发动机上高速转动的密封环，是安装在两个法兰之间，用来保证在预定的使用寿命内两个法兰之间的密封性能的密封环.在国外，W型截面封严环核心加工技术只掌握在美国、加拿大等少数发达国家手中.国内尚未具备成熟、系统的设计分析和制造体系，应用于航空发动机上的封严环一直依赖进口.中航空天发动机研究院有限公司的朱宇和北京航空航天大学的万敏等人基于液压成形，提出动模外压成形方法，并建立了有限元模型，进行数值模拟和工艺试验，探讨了成形过程中环向失稳起皱等失效形式，提出了优化工艺参数.[1]南昌航空大学的陈希等利用有限元软件对其性能进行模拟分析，并计算了其在工作时的气体泄漏率，为设计封严环提供一定的理论依据及准则.[2]旋压或液压精密塑性成形是类似航空 W型截面封严环的“超薄、大变形、精密”环件加工的有效技术途径之一，也是值得深入研究发展的未来精密塑性成形技术的发展趋势.辊弯成形能保证零件质量、性能、使用要求[3]，而且可以降低成本，提高零件的耐磨性及疲劳强度，具有成本低、效率高、可以生产复杂变截面产品等优点.[4]因此本文提出采用辊弯成形来制造此类薄壁复杂截面环件，开辟该类零件成形制造的另一种新方法.1.2 新型成形工艺简介W型截面封严环是航空发动机所用关键零件，在本文给出的新型W型截面封严环生产工艺中，其核心生产工艺为辊弯成形技术.辊弯成形是通过顺序配置的多道次成形轧辊，把金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面型材的工艺技术，是一种节材、节能、高效、先进适用的板金属成形工艺.[5-6]新型W型截面封严环生产工艺流程具体分为开卷、校直、辊弯、弯圆、焊接，工艺示意图如图1所示.金属板材经过校直之后进入辊弯生产线，得到直线形特定断面的零件.为获得符合形状的工艺产品，将直线形产品送入弯圆机.产品经过弯圆机成形之后变为端口未连接的环形件.最后将环形件的端口焊接在一起即可得到W型封严环.本文主要研究工艺为辊弯-弯圆连续成形工艺，未对焊接工艺进行探究.图1 工艺示意图2 新型W型截面封严环生产工艺有限元分析W型截面封严环的辊弯成形属于变截面辊弯成形，是大变形复杂非线性的成形过程.W型截面封严环材质为高温合金GH4169.在W型截面封严环成形过程中，轧辊自转，板料借助与轧辊之间的摩擦力的向前运动，发生形变.为了探究本文提出的新型W型截面封严环生产工艺中板材的变形行为，采用ABAQUS软件对该工艺进行有限元分析.本次仿真并未涉及焊接工艺.2.1 新工艺与传统工艺对比目前国内生产此类薄壁复杂截面密封环有两种工艺：一是中航空天发动机研究院有限公司的朱宇和北京航空航天大学的万敏等人基于液压成形，提出动模外压成形工艺[7]，二是南昌航空大学提出的环形毛坯滚压成形工艺.[8]这两种工艺均能够生产符合要求的薄壁复杂截面密封环，技术发展较为成熟.新工艺核心技术为板材的辊弯成形，辊弯成形技术是一种节能、高效的金属成形工艺技术，节能意味着该成形工艺产生的能耗较低，高效意味着该工艺自动化程度较高，即由机械故障、能源失控以及人员操作失误所带来的风险程度较小.与传统工艺相比，本文提出的辊弯-弯圆成形工艺可以实现工件的连续性生产，在中航空天发动机研究院有限公司提出的动模外压成形工艺中，环形毛坯件需要置放于成形模具中，成形完毕后再取出，随后再置入新的毛坯件；南昌航空大学提出的滚压成形工艺需要将毛坯件在不同的成形道次间频繁取出、安置.相比较于这两种传统工艺，本文提出的新工艺能够将直线型板材连续、不间断地完成成形.工件成形完毕后，只需将板材切断，即可进行后续工件的成形.被切割的板材在完成焊接之后即为所需工件.新工艺大大提高了生产效率，节约了时间成本.2.2 新工艺成形过程变形与缺陷分析新型W型截面封严环在成形过程中，板材发生了较大的弹塑性变形.在板材的横截面成形为W型的过程中，板材的运动方向以及横截面方向都发生了较大的弹塑性变形，这两个方向上的变形均是通过轧辊对板材施加载荷实现的，轧辊形状的改变会导致载荷施加的大小、位置发生改变，从而使板材在成形方向与截面方向发生复杂的、不均匀的变形，经过一系列的道次，将板材成形为目标形状.在弯圆成形时，W型截面的板料是受压的过程，利用材料的特性和辅助轧辊完成弯圆的成形.在辊弯成形过程中，板材在出现能够预计到的横向弯曲、纵向弯曲的同时，还会产生出一些额外的、多余的变形.这些多余的变形会导致板料产生翘曲、扭曲、边波、减薄、破损、撕裂等现象，这种变形被称为冗余变形，冗余变形会影响零件成品的质量.在辊弯成形所应用的板材中，板材的的横向尺寸与纵向尺寸差距较大.在板材受到轧辊的载荷时，板材的纵向与横向产生的应变容易分布不均，从而引起翘曲及边波等现象.[9]边波经常出现在道次间切换时.边波的出现既响了产品的质量，也会引起材料堆积等情况影响生产线的正常运行.[10]在本工艺中，板材的辊弯成形与弯圆成形是连续进行的.由于目标零件的半径较大，以及高温合金钢优良的力学性能，板材弯圆成形中不会出现很大的弯曲变形量.[11] 2.3 有限元建模新型W型截面封严环的成形是复杂的、非线性大变形过程.板材选择高温合金GH4169.选择ABAQUS中的Explicit求解模块进行计算.对板材主要变形区域进行网格细化，通过有限元计算结果分析板材在成形过程的变形行为，探究其成形机理.2.3.1 高温合金钢力学性能及零件尺寸表1为GH4169材料性能参数.[12]目标零件及截面形状如图2所示，板材总长为176 mm，宽度为 16.6 mm，板材厚度 0.3 mm，板材厚度方向的变形对于分析板材整体的变形行为影响不大，所以板材选取壳单元建模.表1 GH4169的材料性能参数高温合金密度／（kg·m－3）弹性模量／MPa 泊松比屈服强度／MPa 抗拉强度／MPa GH4169 8 200 203 100 0.3 286.6 844.2 图2 封严环及其截面形状W型截面封严环成形的过程中，板材一共经历了15个成形道次，第一道次为熨平道次，第2～6道次成形带有翼缘的U型截面，第7～13的成形W型截面，在这个过程中先将其两侧翼缘成形，随后将缘折弯，成形最终目标形状，第14、15道次为弯圆道次.2.3.2 成形工艺三维建模将板材与轧辊在有限元软件ABAQUS中装配在一起.轧辊间距为20 mm，第14道次与第15道次轧辊间距为12 mm，成形过程中，上下轧辊自身旋转，依靠摩擦力带动板料向前运动，摩擦系数0.3，这种建模方式符合实际生产情况.[13]第1道次为过压状态，其轧辊间隙为0.29 mm，第2、3道次为无间隙状态，其间隙为0.3 mm，第4 道次至第13 道次其间隙为0.35 mm.[14]图3 为W型截面封严环辊弯-弯圆成形工艺的三维简化模型装配图.模型网格划分：根据冷弯成形技术手册并借助Autocad绘图软件设计W型封严环成形轧辊，导入到有限元仿真软件ABAQUS草图模块中.在部件模块中将草图导入，通过旋转体选项完成轧辊的建模.板料网格全部为四边形，网格单元类型为S4R.在整个成形过程中，板材的变形相对于中线完全对称，所以对板材划分1／2的网格.这种划分方式既不影响仿真结果精度，又大大节省了仿真计算时间.上下轧辊采用离散刚体处理，网格单元类型为R3D4部分圆弧较大区域，网格给予细化处理.[15]图4为网格划分示意图.图3 装配示意图4 网格示意图3 新工艺仿真结果分析3.1 弯圆工艺应力分析根据仿真结果，对 W型截面封严环辊弯-弯圆连续成形中弯圆成形部分进行应力分析.对弯圆折弯弯角处（B、C），边腿边（A）的应力值进行分析.提取3个节点A、B、C如图5所示.图5 节点示意提取A、B、C的3个方向的应力如图6～8所示，板料在成形过程中的变形非常复杂，其应力值变化较大，反向加载应力比较大.图6 A点成形应力图7 B点成形应力图8 C点成形应力3.2 应力应变场分析有限元模型计算完成后，得到了板料的应力应变云图.图9为等效应力云图，图10为等效塑性应变云图.通过观察两幅云图可以看到，板材的折弯区域等效塑性应变较大，出现了轻微的材料堆积现象，同时在折弯区域少量节点处出现应力集中现象，以上现象与轧辊与板料间隙有关.3.3 成形力分析图9 等效应力云图图10 等效塑性应变云图从W型截面封严环成形过程有限元模型的仿真计算结果中提取各个道次的轧辊成形力，由于第1道次为熨平道次，所以轧辊的成形力从第2道次开始提取，可以得出如下规律：第2道次和第3道次的轧辊成形力增加幅度不大，说明板料在该阶段变形程度不大，随着板料成形角度的增加，变形程度逐渐加剧，轧辊成形力逐渐增大；直到完成类似“U”形件时轧辊力开始下降，继续成形边腿成形时，轧辊成形力的变化趋势不大，进行完成“W”型截面成形时轧辊力迅速增大，达到轧辊成形力的最大值.3.4 封严环厚度减薄分析传统滚压式封严环生产工艺会导致封严环成品厚度减薄较为严重，影响产品使用.辊弯成形工艺中，板材主要发生横向弯曲，厚度方向变形较小，因此材料减薄情况较轻.在有限元仿真结果中选取26个节点作为典型截面，如图11所示.通过提取第一、第二主应变计算板材减薄率[16]，进而求得板材成形之后的厚度.将成形厚度与原始厚度进行对比，如图12，发现在辊弯成形中，由于材料不断进行横向弯曲，材料流动较为明显，在第12～14节点处材料厚度发生较明显改变.图11 节点示意图图12 板材厚度对比3.5 成形全过程分析根据以上应力应变云图以及板材厚度变化，在图12中选取厚度减薄较为明显的3个单元节点（其减薄率分别为 26.4% 、26.7% 、26.1% ），分析节点在完整的成形过程中应力、应变变化.根据仿真结果提取3个节点的全程应力应变数据，发现在成形过程中其最大应力分别为837.7 MPa、829.9 MPa、829.1 MPa，均未超过材料的抗拉强度，说明板材在成形过程中未出现断裂情况.提取3个节点的等效塑性应变数据，发现在成形过程中最大等效塑性应变分别为 0.7，0.67，0.58.通过观察动态云图发现，3个节点应力值达到最大时，其处于第6道次.在本工艺中，板材在完成前6道次的变形后，板材截面已经由“一”型变成了带有翼缘的“U”型，3个节点处于翼缘的过渡区域，板材在变形中纵向高度变化较大，导致材料流动现象明显.通过仿真结果探究板材的变形行为：在前6个道次中，板材发生变形的主要区域为“U”型截面底部板材以及翼缘过渡区域板材，这两区域的材料流动较为剧烈，具体表现为“U”型截面底部板材加厚，翼缘过渡区域板材减薄.第7～9道次中，板材变形区域为翼缘部分，板材变形均匀.第10～12道次中，板材主要变形区域为翼缘过渡区域，该区域板材将进行折弯，将板材截面成形为“W”型.直线型板材的成形完毕后，板材进入弯圆道次中完成最后的成形，在弯圆道次中，主要变形区域为“W”型截面3处折弯区域，由于这3处区域在前12道次中同样进行了较大程度的材料变形，所以这3处区域的板材的等效塑性应变最大（见图10）.通过对仿真结果的研究发现，虽然板材在完整的成形工艺过程中未发生断裂情况，但是在1～6道次中的“U”型截面底部板材以及翼缘过渡区域板材成形应力已经接近板料的抗拉极限，在将板材进行折弯时，翼缘部分受到轧辊的挤压也产生了较大的成形应力.总结这两处现象发现，在本工艺中，当板材在进行纵向落差较大的成形时，成形应力上升明显，接近材料的抗拉强度.为避免成形应力高于抗拉强度导致板材断裂，应增加相对应的成形道次，缓解由于板材纵向高度变化引起的成形应力的增加，使板材更加平稳地过渡到相邻道次，保证产品的质量.4 结语本文提出了一种新型W型截面封严环生产工艺，即辊弯-弯圆-焊接成型工艺.将新工艺与传统工艺对比后发现，本文所提出的新工艺是具有节能、高效、成本低等优点的金属成形工艺技术，有着不可忽视的发展潜力，为国内生产薄壁复杂截面密封环形件提供了新的思路.对新工艺的核心工艺——辊弯-弯圆连续成形进行了有限元模拟.通过对有限元仿真结果的分析可以验证新工艺的可行性，板材在整个成形过程中并未出现拉裂、破损等情况，证明了新工艺可以用于生产W型截面封严环.同时指出了新工艺的需要改进之处，并给出优化方案.有限元模型的仿真计算结果中，通过对 W型截面封严环辊弯-弯圆连续成形的等效应力云图、等效塑性应变云图、轧辊成形力的成形规律以及板材厚度变化等方面的研究，研究了板材的变形行为.在新工艺中，板材的变形较大的区域为“W”型截面折弯处，板材在辊弯成形工艺中纵向高度变化较大，成形应力明显上升，3处弯角处变形程度最大；板材在弯圆成形工艺中变形程度较为均匀，所以在完整的成形工艺中，“W”型截面折弯处变形最为剧烈.折弯处板材最大成形应力接近于板材的抗拉强度.为了避免出现材料拉裂、破损等情况，应相应地增加成形道次，以保证产品的质量.参考文献【相关文献】[1][7] 朱宇，万敏.航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形 [J].航空学报，2015，36（7）：2457-2467[2][8] 陈希.航空发动机用金属封严环设计与性能分析研究[D].南昌航空大学，2014：1-9[3] 张若青，李凯，景作军.单轴变截面冷弯成型系统设计[J].机械设计与制造，2011（11）：44-46[4] 刘化民，赵振山.冷弯型钢在板材深加工中的应用[C].全国钢材深加工研讨会.2014：111-115[5] 林军.高效节能连续油管关键制造技术研究[D].济南：山东大学，2010：3-9[6] 刘冰，张若青.多通道信号采集与分析系统在冷弯机组中的应用[J].中国仪器仪表，2012（3）：43-46[9] 陈静.基于有限元分析的变高度定模动辊辊弯成形工艺研究[D].北京：北方工业大学，2016：15-17[10] 刘建伟，史建鹏，石朝亮.轻量化技术在汽车上的应用分析[J].汽车科技，2012（6）：10-14[11] 胡星星，裘乐淼，张树有，等.基于混合响应面法的滚压成型回弹角预测控制及应用[J].浙江大学学报，2013，47（11）：2010-2019[12] 郭凯云.高温合金复杂截面圆环多道次滚压不均匀变形行为研究[D].江西：南昌航空大学，2015：23[13] 刘江林，杨晓明，文建峰.有限元在冷弯型钢中的应用[J].精密成形工程，2011，3（2）：60-62[14] 付磊.用数值模拟的方法分析轧辊间距对冷弯成型的影响[J].四川理工学院学报，2011，24（2）：224-227[15] 陈兰，张新洲，孙宇，等.大型船用卷板机卷板成形过程的数值模拟[J].锻压技术，2011，36（5）：76-80[16] Wang Haibo，Yan 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变截面柔性辊弯成型技术的国内外研究进展

Ｓｃｒ，ｎｉｎｎａｐｏｅｔｎｓｖｇｅｅｇｒｅｔｒｅｍａｕｊｃｓｏｕｍｏｉｄｓｙｅｕｉｅｖｏｍｅｔｌｒｔｃｉ，ａｉ — ｎｒｙａｅｔｈｅｉｓｂｔｆｔｂｌｉｕｔｔｙｒｏｎｈｎｅａｏｅｎｒ
撰文／北方工业大学艾正青刘继英韩飞景作军
安全、环保、节能是当今汽车工业发展的三大主题。开发车体轻量化、安全性能高的汽车，同时又要使设计、制造的成本降低，已成为汽车工业发展的迫切需求。采用计算机控制技术的变截面柔性辊弯成型
是实现上述目标的一种有效途径，成为下一代辊弯成型技术的发展方向。
ＲｓａｈｍｒｅｅｔｆａａｌＳｃｎｌｉｏＦｒｉｅｈｏｇｏｅｎＡｒｄ品圈ｅｅｒｐｖｍｎｏＶｒｂｅｔｅｂＲｌｏｎＴｃｎｌｙｔｍｄｂａＪｃＩｏｉｅｉＦｘｌｌｍｇｏｅｏａＨａｏ
工作台位置的传感器以及一执行机构。与基座大约成３。倾斜的成型０机架是悬臂式机架。这种倾斜的机架可以很容易地加工出法兰的弯曲
若结合汽车新材料的使用技术，对超高强度材料零部件进行成型加
工，整车质量可进一步降低２％，５
图１应用汽车上的高强度钢变截面防撞杆（和变截面车架（上）下）
可以Байду номын сангаас好地满足汽车制造轻量化的
制造技术与材科ＭＴＮ）２１一１Ｍ（ｏ２０Ｏ９
辊霉言譬茎薹
效率高，产品表面质量好，尺寸精

1-加热辊弯成型技术

加热辊弯成型技术高光祖(武汉钢铁设计研究院信息室　430080) 摘　要　介绍了加热辊弯成型工艺的特点,着重就具有加热室的辊弯成型机和热轧—热弯成型机作了分析。

还就因外加热辊弯成型技术的发展作了评述。

主题词　型材辊弯成型加热工艺现状冷弯成型的产品由于加工硬化,断面各部分机械性能不均匀,因此容易出现裂纹。

在采用低塑性高强度材质时,这一状况更加突出。

另外,对于断面厚度不同,局部带有尖角的型钢品种,用冷弯成型工艺是难以生产的。

以航天航空器材为例,这类结构首要问题是重量。

钛合金具有极佳的强/重比,良好的韧性、耐蚀和耐疲劳性能,因此大量使用于飞机制造,以减轻重量。

但钛材冷弯成型性能不好,应在650～800℃热弯成型。

另外,任何材料在成型弯曲半径极小时重量最轻。

飞机构架型材各弯曲部位都要求达到最小曲率半径。

因而需采用加热辊弯成型工艺才容易达到加工要求。

图1表示帽型钛质型材通过减小曲率半径减轻重量的情况。

曲率半径从冷弯典型最小值,即板厚的5倍减到热弯最小值即板厚的1.5倍,可减轻11%的重量。

1　加热辊弯成型工艺及特点加热加辊弯成型工艺是国外60年代末图1　0.050in厚帽型型材加大弯曲度可大量减轻重量,但型材高度和铺放面宽度要保持不变。

・22・焊管・第23卷第2期・2000年3月开发的技术。

可分两类:一类是配置加热室预热带材及成型辊对带钢高温成型的工艺;另一类是热轧—热弯组合成型工艺。

1.1　具有加热室的辊弯成型机采用冷带材为原料,由加热室对带材辐射加热,同时加热成型辊至800℃。

通过电偶温度传感器控制设定温度,可按要求的型材加工温度和成型速度进行调节。

10机架成型机由60HP 可变速传动装置经万向接轴传动,成型速度5～40ft /min (1.5～12m /min )。

每个成型辊的轴孔都开有切槽如图2所示,切槽内充填绝热材料,以减少传递到辊轴图2　成型辊和成型辊隔套的轴孔均有切槽以绝热且辊轴通水冷却的热量,提高成型温度的均匀性。

辊弯成型工艺研究

辊弯成型工艺研究辊弯成型工艺研究是金属材料加工中，一种常见的成形工艺。

它利用辊弯机将金属材料进行弯曲，从而得到所需要的外形尺寸、曲率半径及几何精度的带弯部件。

辊弯成型工艺是一种比较古老的工艺，早在20世纪50年代就开始使用。

在辊弯成型工艺中，金属材料通过两个相对运动的辊子，实现弯曲加工。

根据不同的材料及加工要求，可选择不同类型的辊弯机，如气动式辊弯机、液压式辊弯机、数控辊弯机等。

辊弯机可分为卧式及立式两种，其中立式辊弯机又可分为3轴辊弯机、4轴辊弯机及5轴辊弯机。

辊弯成型工艺具有加工精度高、效率高、成本低等优点，在航空航天、汽车、冶金、电子、机械等行业被广泛应用。

但是，辊弯成型工艺也存在一些缺点，如加工尺寸受到加工参数的限制，加工厚度范围狭窄，加工能力受到材料性能限制等。

因此，在辊弯成型工艺研究中，需要考虑许多因素，如设计理念、选择辊弯机型号、选择加工参数、选择工具材料等。

首先，要确定好设计理念，以便正确的选择辊弯机型号及加工参数。

其次，应仔细研究辊弯机的结构特点，确定合适的机型，以保证加工效率及加工精度。

在选择加工参数方面，要根据材料的性能及加工精度，选择合理的加工参数，以保证加工效果。

另外，在选择工具材料方面，也要考虑到工具使用寿命、曲率半径及弯曲精度等因素。

总之，辊弯成型工艺研究是一项比较复杂的工作，需要考虑许多因素，以保证加工效果及成型精度。

此外，要根据实际情况，不断优化辊弯成型工艺，以提高加工效率及精度，满足不断发展的加工要求。

Roll bending forming technology research is a common forming process in metal material processing. It uses roll bending machine to bend the metal material, so as to obtain the bent parts with required shape size, curvature radius and geometric precision. Roll bending forming technology is a relatively old technology, which has been used since the 1950s.In roll bending forming process, the metal material is bent by two relative moving rolls. According to different materials and processing requirements, different types of roll bending machines can be selected, such as pneumatic rollbending machine, hydraulic roll bending machine, CNC roll bending machine, etc. Roll bending machines can be divided into horizontal andvertical types, among which vertical roll bending machines can be further divided into 3-axis, 4-axis and 5-axis roll bending machines.Roll bending forming technology has advantages of high processing accuracy, high efficiency and low cost. It is widely used in aerospace, automobile, metallurgy, electronics, machinery and other industries. However, roll bending forming technology also has some disadvantages, such as the processing size is limited by processing parameters, the processing thickness range is narrow, and the processing capacity is limited by material properties.Therefore, in the research of roll bending forming technology, many factors need to be considered, such as design concept, selection of roll bending machine model, selection of processing parameters, selection of tool materials, etc. First of all, it is necessary to determine the designconcept in order to select the right roll bending machine model and processing parameters. Secondly, the structure characteristics of the roll bending machine should be studied carefully to determinethe appropriate model in order to ensure the processing efficiency and accuracy. In terms of selecting processing parameters, reasonable processing parameters should be selected according to the material properties and processing accuracy to ensure the processing effect. In addition, when selecting the tool materials, the service life of the tools, curvature radius and bending accuracy should also be taken into account.In a word, the research of roll bending forming technology is a complicated work, which needs to consider many factors to ensure the processing effect and forming accuracy. In addition, according to the actual situation, the roll bending forming technology should be optimized continuously to improve the processing efficiency and accuracy, so as to meet the constantly developing processing requirements.。

冷弯成型的CAD _CAM _CAE技术

冷弯成型的CAD/CA M/CAE技术刘继英,艾正青(北方工业大学机电工程研究所,北京100041)摘　要:重点介绍了将CAD/CAM/CAE技术应用于冷弯成型行业,解决轿车门窗、农用车车厢板、彩板及不锈钢门窗、异型管成型、宽幅压型板等关键生产技术问题,以及应用FEA技术实现了复杂截面的仿真成型、预冲孔畸变的控制、超高强度钢的成型、高精度复杂型面成型辊的制造技术。

为企业开发新产品,采用新技术、新工艺,提供了技术支持和服务。

关键词:冷弯成型技术;CAD/CAM/CAE技术;应用中图分类号:TP273+.5　文献标识码:B　文章编号:1001-3938(2006)02-0038-050　前　言北方工业大学机电研究所以冷弯成型的CAD/CAM(Computer A ided Design/Computer A i2 ded Manufacture计算机辅助设计/计算机辅助制造)一体化技术为研究方向和特色并在这一领域连续进行了十余年的研究与实践,与国际同行保持了良好的合作交流关系。

研究所邀请和组织德国data M公司总裁、现任国际管件协会(I nterna2 ti onal Tube A ss ociati on)主席A lbert Sedl m aier7次到北方工业大学和国内讲学,北方工业大学机电研究所5次派人到德国交流;保持与日本拓植大学著名冷弯成型专家小奈弘教授等的技术交流关系,并与该校每年轮流举办一届冷弯成型方面的技术交流会议,至2004年已举办了7届。

2003年承担、完成了来源于韩国工业技术研究院(Ko2 rea I nstitute of I ndustrial Technol ogy)关于特殊断面冷弯成型的研究项目(Devel opment f or for m ing r oll in cold r oll f or m ing p r ocess for the partiti on part),该项目有相当大的难度,通过采用有限元仿真技术与试验研究,获得了委托方的满意评价与合格验收。

先进高强度钢辊弯成型有限元仿真研究

先进高强度钢辊弯成型有限元仿真研究摘要：本文通过有限元仿真方法，研究了先进高强度钢辊弯成型的工艺性能。

利用ABAQUS软件建立了辊弯成型的有限元模型，并通过调整辊弯成型过程中的力和速度参数，分析了辊弯成型过程中的应力分布、变形特征和成型质量。

研究结果表明，通过合理的辊弯成型参数可以获得较好的成型效果，提高先进高强度钢辊弯成型的质量和效率。

关键词：先进高强度钢；辊弯成型；有限元仿真；工艺性能1. 引言先进高强度钢材具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。

辊弯成型作为一种常用的金属成形工艺，可以有效地将钢材弯曲成所需的形状。

为了提高辊弯成型的质量和效率，有限元仿真方法成为研究的重要手段。

2. 方法本研究选择了一种先进高强度钢材作为研究对象，利用ABAQUS软件建立了辊弯成型的有限元模型。

在模型中，考虑了材料的非线性特性和辊弯成型过程中的摩擦力。

通过调整辊弯成型过程中的力和速度参数，进行了多次有限元仿真计算。

3. 结果与讨论通过有限元仿真，得到了辊弯成型过程中的应力分布、变形特征和成型质量。

研究结果表明，合理的辊弯成型参数可以使得钢材在成型过程中受力均匀，避免出现应力集中和变形不均匀的问题。

同时，适当调整成型速度可以减小辊弯成型过程中的应力和变形，提高成型质量。

4. 结论通过有限元仿真研究，本文分析了先进高强度钢辊弯成型的工艺性能。

研究结果表明，通过合理的辊弯成型参数可以获得较好的成型效果，提高先进高强度钢辊弯成型的质量和效率。

本研究为进一步优化先进高强度钢辊弯成型工艺提供了一定的理论依据和技术支持。

5. 。

辊弯成型技术理论及应用研究现状

自20世纪80年代以来，快速成型技术得到了快速发展。目前，国际上已经出现了许多具有代表性的快速成型技术，如立体光刻（SLA）、叠层实体制造（LOM）、熔融沉积制造（FDM）等。这些技术的不断发展，使得快速成型设备的性能和精度得到了显著提高，同时也降低了制造成本。
2、国内研究现状
近年来，我国在快速成型技术领域也取得了长足进展。众多科研机构和企业纷纷投入巨资进行研发和应用，使得我国快速成型设备的生产和制造能力不断提升。国内研究现状呈现出技术水平逐步提高、应用领域不断拓展的良好态势。
本次演示通过对光固化快速成型的理论、技术及应用的深入研究，发现该技术在缩短产品开发周期、降低制造成本、提高产品质量等方面具有显著优势。同时，光固化快速成型技术的应用前景广泛，可为各行各业提供个性化的定制服务，满足多元化的市场需求。然而，光固化快速成型技术的发展仍存在一定的局限性，例如设备成本高、材料价格贵等问题，需要进一步加以解决。
随着计算机技术的不断发展，计算机辅助设计系统在异形管连续辊弯成型工艺中得到了广泛应用。通过引入计算机辅助设计系统，可以大大提高生产效率、降低生产成本、缩短产品开发周期，同时还能提高产品的质量和精度。
计算机辅助设计系统在异形管连续辊弯成型工艺中的应用包括软件和硬件技术的使用。在软件方面，常用的软件包括CAD、CAM和CAE等，这些软件可以帮助设计师进行产品的设计、分析和优化。在硬件方面，随着计算机技术的不断发展，高性能计算机和高速网络的使用为异形管连续辊弯成型工艺提供了强有力的支持。
三、辊弯成型应用研究
1、汽车制造业
在汽车制造业中，辊弯成型技术被广泛应用于制造汽车零部件，如车门、发动机罩、后备箱等。利用辊弯成型技术可以生产出具有较高强度和稳定性的零部件，提高汽车的整体性能和安全性。

高强度钢辊弯成型回弹分析

因为显式方法在分析此类问题方面具有较高的效
工人操作。５）改善了车间布局改进前车间比较拥挤，进后有原来的１改３个工
［考文献］参
［］范中志，树武，义敏．础工业工程［．京：械１张孙基Ｍ］北机
工业出版社，９３Ｉ９．
序减少到ｌ个工序，仅减少了装卸次数，１不还使得各工序间操作方便，件运输距离减小。工
Ｅ］郭伏，国民，婕．作研究在轿车装配流水线能力平２张温工
整中的应用［］工业工程与管理，０６２：１－２．Ｊ．２０（）１９１６
高强度钢辊弯成型回弹分析
刘成，景作军
（方工业大学机电工程学院，京１０４）北北００１
摘要：着计算机性能的提高，随试制成本的降低也带动了板料成形费用的降低。现在，真正的金在属成型生产之前，应用计算机对成型过程完全仿真，可优化成型的条件。成型预测技术发展过程中，成在
连续介质和结构分析的有限元程序。同时它对非线
性瞬变动态现象和一些非线性准静态模拟也有较好
的适用性。
ＡＢＱＵＳ显示分析基于以下公式：Ａ
Ｍ／＋ＪＰ一０／ —
求解规模的能力以及非线性力学分析功能均有利于

辊压成型在汽车轻量化中应用的关键技术及发展-北方工业大学

北方工业大学机电工程研究所辊压成型工艺与技术1辊压成型技术在汽车部件制造中的应用2国内外下一代辊压成型技术研究与发展3北方工业大学的研发目标4北方工业大学的辊压成型关键技术研发及应用5辊压成型产品应用汽车零部件钢结构及住宅输电铁塔建筑模板、脚手架集装箱焊管钢板桩铁道车辆公路护栏板保险杠结构构成安装板吸能盒横梁E/ABS蒙皮开卷Uncoil预冲孔Pre-punching辊压成型Roll forming 切断Cutting 焊接吸能盒Welding检测Inspection在线弯圆Sweeping 在线焊接Welding in line焊接拖钩套Welding辊压成型关键技术及应用理论研究与工程实际紧密结合为企业提供系统的理论指导理论与实践相结合达到世界先进水平)(15.05.113121fi r r r r r r f i i i •+•−=道次编号DP800所需总变形能(J)Q235所需总变形能(J)DP800比Q235所需总变形能之增量百分比%1 1.55757E+03 1.24244E+0325.4%2 3.65488E+03 2.61192E+0339.9%3 5.29967E+03 3.75306E+0341.2%4 6.99302E+03 4.84281E+0344.4%58.81970E+03 5.98377E+0347.4%6 1.02700E+04 6.85692E+0349.8%71.18738E+047.75561E+0353.1%类型Sorts成型方式Forming styles车型/名称Vehicles汽车厂OEM's钢制保险杠Steel bumpers 辊压成型Roll formingSGM12、SGM200SGM18、SGM201上海通用/ SGMW161,W261,S161,S261上海汽车/ SAICNew Bora, Jetta一汽大众/ FAW-VWM3, Focus,Mondeo长安福特/ Changan FordB51, B53, T63, X7神龙汽车/ DPCAH13, M14, B22奇瑞汽车/ Chery AutoA0, BSUV江淮汽车/ JACTF, ROVER南京名爵M11，S08, Y08, V08长城汽车/ Great Wall31个车型，27个断面断面A将高精度复杂截面的辊压成型科研成果应用于T11、B11车型车门框的开发，并一次调试成功。

辊弯成型工艺研究

辊弯成型工艺研究辊弯成型是指通过利用辊子、压力以及加热，让金属材料在辊子上匀速高速流动，形成一定曲率的工艺，得到各种型号的产品。

由于辊弯成型工艺可以提供准确的尺寸和低成本，当代汽车、航空航天、电子行业、石油化工等行业对它非常感兴趣，研究者也针对这项工艺不断改进和完善。

一、辊弯成型过程的基本原理辊弯成型是一种机械加工方式，其基本原理在于利用机器辊子的滚动力，将工作件进行屈曲设计，使得工作件获得一定的拉拔变形，从而改变工作件的形状。

辊弯成型的机器辊子是采用单向或双向滚动力，内辊子滚动时将外辊子送入中间件，这样中间件就可以不断被压缩和拉伸，形成辊弯痕迹。

二、辊弯成型工艺的发展辊弯成型工艺的发展主要是改善其加工精度和加工效果。

目前，传统的辊弯成型工艺已经广泛应用于微型辊弯技术，特别是CNC控制的辊弯成型工艺，通过使用特殊的数控系统来控制辊子的滚动力，从而极大提高了加工精度和加工效果。

此外，科学家们还改进了用于辊弯成型的各种加热方法，使得辊弯成型过程更加完善和高效，有效地提高了加工效率。

三、辊弯成型工艺在工程设计中的应用在工程设计中，辊弯成型工艺通常用于制造机械零部件，它可以准确地生产出各种复杂的零部件，如弹簧、曲柄、曲轴、螺旋管等，它可以满足复杂零部件的任何特殊要求，并有效地提高了工程效率。

辊弯成型工艺还可以用于制作各种表面质量高、材质软、硬度可调的金属制品，它能够有效地提高工程所需产品的精度度和硬度。

四、辊弯成型工艺的可能发展辊弯成型工艺的未来可能会发展出更多可能性，如运用三维扫描技术，提高辊弯成型工艺的加工效率，增加辊弯成型机械的精度，降低加工的能耗，提高加工的质量，以使辊弯成型工艺能够更好地适应多样化的加工环境和复杂的结构要求。

综上所述，辊弯成型工艺目前已经得到了实际应用，未来还将会不断发展，完善其加工效率、质量及精度，为各大行业提供更优质的产品。

北方工业大学机械工程专业解读

北方工业大学机械工程专业解读学科简介机械工程学科以先进制造技术为目标，利用数学方法与自然科学规律，综合应用力学、机械原理与机构学、工程图学、计算机控制技术和先进检测技术开展设计理论、制造技术、制造系统和制造模式研究的学科。

北方工业大学机械工程学科是北京市级重点建设学科，拥有“机械制造及其自动化”、“机械设计及理论”、“机械电子工程”、“材料成型及控制工程”4个二级硕士点，1个“机械工程领域”工程硕士点。

本学科培养具有良好的道德品质和思想素质，具有学风严谨和创新精神，在机械工程领域内具有坚实的基础理论和系统的专业知识，了解本学科的发展现状和趋势，掌握本学科科学研究与技术开发的基本方法和技能，能结合本学科的实际问题进行有创新性的研究与实践，较为熟练掌握一门外国语，可在产、学、研各界从事教学、科研、技术开发和经营管理等工作的专门人才。

本学科面向高效能机电系统设计理论与装备研制，开展工程应用与科学研究，在数控加工技术与机电一体化装备、机器人与微机电系统、辊弯成形工艺与装备、材料成形与控制领域形成了鲜明的特色和优势。

每年招收50名左右硕士研究生(学制3年)。

学科优势与特色n 省部级重点实验室：北京市变截面辊弯成形工程技术研究中心n 北京市重点建设学科：机械电子工程研究基地：北方工业大学机电工程研究所、北京市变截面辊弯成形工程技术研究中心、微机械设计与加工实验室n 学术创新团队：节能玻璃深加工自动化装备研发、油气润滑关键技术研究及成套设备研发n 高层次人才：1名北京市拔尖人才、1名长城学者、1名北京市教学名师、1名北京市学术创新人才、1名北京市科技新星、1名北京市青年拔尖人才近5年来，获得国家自然科学基金8项，北京市自然科学基金5项，国家科技支撑计划项目1项，横向课题数百项，科研经费总额达3500多万元，取得国家发明专利50余项，软件著作权30余项，在国内外高水平期刊、学术会议发表学术论文200多篇，其中进入三大检索121篇，出版高水平专著9本。

加热辊弯成型技术

加热辊弯成型技术加热辊弯成型技术是一种常用的金属加工方法，它通过使用热辊对金属材料进行加热，然后利用辊轮的弯曲作用使金属材料产生形变，从而达到制造所需产品的目的。

该技术广泛应用于航空、汽车、建筑等领域，具有成本低、效率高、制造精度高等优点。

一、加热辊弯成型技术的原理加热辊弯成型技术主要是通过对金属材料进行加热，使其变得柔软，然后利用辊轮的弯曲作用将其弯曲成所需的形状。

具体来说，该技术包括以下几个步骤：1. 加热：首先需要将金属材料放置在加热设备中进行加热，使其达到一定的温度。

加热温度的选择要根据金属材料的种类和厚度来确定，一般在材料的熔点以上。

2. 弯曲：加热后的金属材料变得柔软，此时需要将其放置在辊轮上，通过调节辊轮的位置和角度，使其对金属材料产生弯曲作用。

为了获得所需的弯曲角度和曲线形状，可能需要多次进行弯曲操作。

3. 冷却：完成弯曲后，金属材料需要进行冷却，以保持其形状。

冷却方法可以是自然冷却或者通过外部冷却设备进行加速冷却。

1. 航空领域：加热辊弯成型技术在航空领域被广泛应用于制造飞机机身、机翼等部件。

由于航空器对材料的轻量化要求较高，加热辊弯成型技术可以使得金属材料在保持强度的同时实现复杂曲线的成型，从而满足航空器的设计要求。

2. 汽车领域：汽车制造中需要大量的金属部件，如车身、车门等。

加热辊弯成型技术可以使得金属材料在不断变化的曲率下保持较高的强度和韧性，从而实现汽车部件的精确成型。

3. 建筑领域：加热辊弯成型技术在建筑领域被广泛应用于制造钢结构建筑中的梁柱、屋面等部件。

通过加热辊弯成型技术，可以使得钢材在保持强度的同时实现各种复杂的形状，满足建筑设计的要求。

三、加热辊弯成型技术的优势1. 成本低：相比传统的加工方法，加热辊弯成型技术无需复杂的模具和设备，可以大大降低制造成本。

2. 效率高：加热辊弯成型技术可以在较短的时间内完成金属材料的成型，提高生产效率。

3. 制造精度高：加热辊弯成型技术可以实现金属材料的精确成型，形状和尺寸的控制精度高，可以满足复杂产品的制造要求。

双轴变截面辊弯成型试验

的应用．
在柔性辊弯生产线中，每个成型道次的机
架都是一个独立的单元，由伺服电机分别控制，
按照计算机程序控制成型模具的轨迹，而实从
现所需的横截面形状．
本文介绍了柔性双轴变截面辊弯成型试
整车的轻量化，要减轻结构件的重量．就
方向上发生变化的辊弯型材．
为了满足这种需求，柔性辊弯成型技术成为国内外的研究热点Ｉ］柔性辊弯成型机组１．可以生产变截面型材．截面即型材截面在横变向的尺寸是变化的，使材料得到更充分合理可
５２
北方工业大学学报
第２２卷
研制了双轴变截面辊弯成型机．小奈弘研与制的柔性辊弯成型设备不同，种双轴变截这
面辊弯成型机可以生产双边纵向变截面的辊弯型材．
２双轴变截面辊弯成型机
近年来，方工业大学辊弯成型课题组对北
柔性辊弯成型技术进行了大量的研究工作，
北京市自然科学基金资助项目（０２０３８０８变截面辊弯成型研究）第一作者简介：帅，士研究生．要研究方向：弯成型的Ｃ于硕主冷ＡＤ／ＣＡＥＣ／ＡＭ技术
应在板材成型初期取较小的弯曲角度以避免咬

压型板打弯工艺参数与优化

第６期（总第１７５期）２０１２年１２月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．６Ｄｅｃ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０６－０１０７－０３压型板打弯工艺参数研究与优化邓颖哲（北方工业大学机电工程学院，北京　１００１４４）摘要：以５５０ＭＰａ级、厚度为０．３ｍｍ高强度超薄板的压型板打弯过程为研究对象，基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件显式算法，运用正交实验法分析了打弯工艺的主要参数打弯间距ｌ、模具间隙ｈ和冲压速度ｖ对打弯曲率半径及减薄率、应力、等效塑性应变的影响。

研究表明，影响打弯曲率半径的工艺参数显著性次序为ｌ＞ｖ＞ｈ，影响减薄率的工艺参数显著性次序为ｈ＞ｌ＞ｖ，影响应力的工艺参数显著性次序为ｌ＞ｈ＞ｖ，影响等效塑性应变的工艺参数显著性次序为ｌ＞ｈ＞ｖ；冲压间距为２５ｍｍ、模具间隙为０．４２ｍｍ、冲压速度为２００ｍｍ／ｓ为最优水平组合。

关键词：压型板；打弯工艺；参数优化中图分类号：ＴＧ３８６．３文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０５－２３；修回日期：２０１２－０６－２１作者简介：邓颖哲（１９８６－），男，湖南永州人，在读硕士研究生，主要从事辊弯成型技术方向研究。

０　引言随着社会的发展，现代建筑不再只追求“豆腐块”式，屋面与墙面出现大量的圆弧、弯曲形状，这给现有的型材及压型板的加工提出了新的课题和任务。

打皱弯圆是压型板弯圆的一种常用工艺方法，而国内外的现状是采用大量试制实验来确定打弯的工艺参数，缺乏理论指导和参考［１］。

本文运用有限元仿真对打弯的主要工艺参数进行研究并进行优化，为压型板的打弯工艺研究与生产提供参考。

１　压型板打弯过程有限元模拟本文以大型商业有限元软件ＡＢＡＱＵＳ的动力显式算法Ｅｘｐｌｉｃｉｔ进行打弯过程的数值模拟研究。

压型板材料的基本力学参数见表１，其中编号前一位数字表示厚度为０．３ｍｍ，后两位数字表示与轧制方向的角度。

表１　材料力学参数试样组编号弹性模量ＥＭＰａ泊松比屈服强度ＭＰａ厚向异性系数３００　２．３×１０５　０．２２６　６７０．６９　０．２６６３４５　１．７×１０５　０．２０４　６２５．７７　０．３５９３９０　２×１０５　０．２３９　６１８．８８　０．２２３１．１　模拟方案设计板材塑性变形后的质量与其成形过程中的应力应变有着很大的关系，一般来说，成形过程的应力应变越小则成形后的质量越好，且成形后的减薄率是衡量板材成形质量的一个重要参数［２］。