型材拉弯成形及回弹分析

Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｕｓｅｆｕｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ
ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ ａｎｄ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｔｏｏｌ ｆｏｒ
两华大学硕十学位论文
数。该方法可通过拉弯件轮廓曲线上布点的密度来控制模具轮廓曲线上曲率分 段的多少和误差大小。本文还通过有限元分析方法计算了拉弯型材的回弹量， 用于评估拉弯模轮廓面的回弹修正量，以及拉弯件的校形余量的减少情况。本 ．文的工作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一合 理有效的方法。
两华大学硕十学位论文
ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ·ｓｔｒａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ－ｂａｃｋ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｓｈｅｅｔ ａｎｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ ｒａｄｉｕｓ
★能成形空间结构复杂的型材零件 ★能成形屈强比大的型材弯曲零件 ★具有不同工艺方法相结合的综合成形特点 ★弯曲精度高，回弹小 因此型材拉弯在飞机、汽车型材弯曲件的生产中得到了非常广泛的应用。 在飞机生产中，飞机框肋上的缘条、机身前后段、发动机短仓的长桁等尺 寸大的型材弯曲件是组成飞机骨架的关键零件，并直接影响到飞机的气动力外 形，形状精度要求很高。’在汽车生产中，拉弯主要用于加工车身结构和保险杠 的中空铝型材弯曲件，在保持与钢铁制件同样的抗冲击强度条件下，能减轻车 体重量，降低使用成本。拉弯工艺可实现铝型材的高精度弯曲，但由于拉弯成 形中可能会出现壁厚减薄破裂、起皱、截面畸变等成形缺陷，而这些成形缺陷 与型材的材料性能、截面形状及工艺参数这些因素密切相关，非常复杂。 目前拉弯成形性的研究迫切需要解决以下两个关键技术问题【ｌ】：１．合理确 定拉弯成形过程中的工艺参数；２．准确预测拉弯零件的回弹量。实际生产中拉 弯模修正量及工艺参数的确定主要以实际经验或通过试错法来解决，即根据经 验反复调整修模量，改变主拉力、补拉力等工艺参数。有时还需要多次预拉弯 及热处理，最终成形后还要进行人工校形。这种方法成本高，时间长，形状精 度难以保证。随着产品加工精度要求的日益提高，近／净成形的要求逐步增加， 数字化设计制造也对拉弯成形工艺提出了新的要求，传统的拉弯成形工艺已不 能满足现代生产的需要。随着科技的进步，技术的不断的革新，特别是ＣＡＤ／ＣＡＥ 技术的不断发展，大型的ＣＡＤ通用软件为拉弯模具的设计提供了强大的技术支 持。在ＣＡＤ软件环境下，可以得到零件的一些有效的几何信息，例如通过几何分 析功能，可以得到整条曲线的曲率分布及其大小，可以检查曲面的质量。为模
本学位论文属于
ｌ。保密口，在——年解密后适用本版权书。
２．不保密匦适用本授权书。
（请在以上口内划４）
誉曼教师签名：弓‘７乔 学位论文作者签名：金舌风
日期：冽７·ｒ．／Ｄ
日期：岬一｝Ｉ
两华大学硕十学位论文
第一章绪论
１．１引言
型材拉弯是指在型材预拉伸至材料屈服极限时加载弯曲并同时保持一定 的轴向拉力，使之压入模具型槽内丽成形的弯曲过程。在弯曲的同时施加轴向 拉力用以克服内侧的起皱及改善截面内的应力分布，减少回弹，提高外形精度。 和其他弯曲工艺相比有如下特点【１】：
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｙｉｅｌｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ
ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｌａｗ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｏｗｉｎｇ ｌａｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｌａｗ ｉｎ ｅｌａｓｔｉｃ．ｐｌａｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ。Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．ｗｅｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｏｒ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈ ａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｔ—ｓｔｒｅｔｃｈ，ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ０１１ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｂａｓｉｃ
Ｍａｊｏｒ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ
Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ：Ｊｉｎ Ｃｈｕｎ Ｆｅｎｇ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｌｉｕ Ｙｕ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｏｆ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ．Ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ， ＳＯ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｗａｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｒ ａｎｄ ａｉｒｃｒａｆｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ－ｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｆｔｅｒ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｃｏｎｃｅｍ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ ｐａｎｓ ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ，ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ ｐａｒｔ’ｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ，ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ，ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｂａｃｋ．Ｓｏ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｒｉａｌ－ａｎｄ—ｅｒｒｏｒ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｃｙｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ，ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ａｎｄ ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｄｉｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｒｉａｌ—ａｎｄ．ｅｒｒｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ’ｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ
ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｆｏｒｃｅ；
Ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ；Ｂｅｎｄｉｎｇ；Ｓｐｒｉｎｇ－·ｂａｃｋ；ＦＥＭ；Ｐｒｅ··ｓｔｒｅｔｃｈ
两华了：学硕十学伊论文
西华大学学位论文原创性声明
本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学 位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写， 我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
关键词： 拉弯成形；弯曲；回弹：有限元法；预拉力
西华大学硕十学位论文 ！！＝目＿—ｇ！｝＿自皇！！＝｝｝簟Ｅ＝ｅ！！！！ｇｊ＿●电ｊ＝＝！＿Ｅ自＝！＝自自Ｅ富自Ｅ！！日＝ｇｇ皇毫自＝！＿目晕
Ｔｈｅ Ｓｔｒｅｔｃｈ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ Ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ
西华大学 硕士学位论文 型材拉弯成形及回弹分析 姓名：金春凤 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：刘渝
20090501
西华大学硕士学位论文
型材拉弯成形及回弹分析机械制造及自动化专业 Nhomakorabea研究生金春风
指导教师刘渝
摘要 拉弯工艺是型材弯曲成形的重要方法，它可以有效减少回弹，达到提高成 形精度的目的。因此，在飞机、汽车弯曲件成形中得到了广泛的应用。拉弯卸 载后的回弹控制是影响成形精度的主要因素。拉弯成形过程中，材料受力状态 复杂，同时受材料物性参数、摩擦条件等因素的影响，拉弯成形回弹预测很困 难。在实际生产中，拉弯模修正量及工艺参数的确定主要以实际经验或通过试错 法来解决，但此方法不能够一次拉弯精确成形型材，且周期长，成本高。 本文以型材为研究对象，首先介绍了型材拉弯的基本概念，在此基础上讨 论了型材拉弯工艺相对于其他弯曲工艺的优点、用途以及迫切需要解决的两个 关键技术问题。总结了拉弯工艺过程中容易产生的五种成形缺陷，从型材力学 性能、截面形状、工艺参数三个方面阐述目前国内外在试验和数值模拟这两方 …面的研究状况。介绍了弹塑性力学的初始屈服条件、基本法则，其中包括流动 法则和强化法则。在此基础上以各向同性硬化法则的材料为例推导了应力应变 增量关系，为后续的力学分析提供了理论基础。在介绍的理论基础上，根据拉弯 成形力学分析的基本假设，建立了预拉阶段、拉弯弯曲阶段和拉弯补拉阶段三 个阶段拉弯成形过程的力学模型。在拉弯弯曲阶段详细描述了模具与型材间的 摩擦力计算方法；型材拉伸弯曲后应力应变分析和弯距的计算方法。介绍了拉 弯成形回弹分析方法，推导了板材回弹半径与回弹角的计算公式；进一步在型 材拉弯与板料压弯过程中应力分布差异的基础上推导了型材的回弹半径与回弹 角的计算公式。在拉弯回弹理论分析基础上，形成了结合拉弯零件数字化模型 来修正拉弯模模具轮廓的方法；给出了用圆弧样条表示的模具轮廓上点的计算 方法；修正后的模具轮廓曲线沿整个轮廓曲线都是一阶连续的，曲率为分段常
学位论文作者签名：金畚风砌辟，月户日
将剖醛枷７＿讣月７，日
两华大学帧十学位论文
西华大学学位论文版权使用授权书
学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅或借阅。本人授权西华大学可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。
ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ ｗａｓ
ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｔｏ ｆｏｒｍ ａｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ
ｐｏｉｎｔ’Ｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｃ ｓｐｌｉｎｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃ ＦＥＭ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ
ｕｒｇｅｎｔ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ０ｎ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｖｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｅａｓｉｌｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｄｕｒｉｎｇ
ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｎ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ
ａｂｏｕｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｈａｐｅ、ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ
ｆｏｒｍｕｌａ ｒｅｌａｔｅｄ
ｗｅｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｔｈｅ ｄｉｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｕｒｖｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆｉｔｔｅｄ
ｂｙ ａｒｃ ｓｐｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｄｉｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｕｒｖｅ ｗａｓ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｎ ｓｅｐａｒａｔｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ
ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅｆｏｒｅ ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｗｏ
ｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ—ｂａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｔｃｈ ｂｅｎｄｉｎｇ
ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ，ａｎｄ ｔｏ
ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒｍｅｄ．