摘 要

本文借助在各国都注重国防建设、宇宙探索的今天，发展自己的航空航天、武器工业是当前首要任务之一。如果能在这类制造中拥有更优质、更尖端、更新锐的技术，无疑能为本国发展建设提供一个好的基础。而在该类工业生产中，大量需求大型薄壁壳体，这就使得带内壁加强筋的薄壁圆筒件的制造是不可忽视的。旋压工艺作为一门可成形较大尺寸无缝空心件的先进的技术，研究其对带内筋的筒形件的成形无疑是一个具有现实意义的课题。考虑到对旋压成形影响较大的因素有很多，如果进行一一实验生产，再对产品进行优化，那么所耗费时间周期太长，且成本太高，故而一般选择利用CAE软件对产品成型过程进行数值模拟。

本文利用塑性成形有限元软件DEFORM，通过构建与实际相似的简化旋压三维模型，来进行带内筋筒形件的旋压模拟。通过获得旋压时的金属流动规律与应力、应变分布，分析模拟中出现的各类缺陷的产生原因。通过多组实验，获得了芯模圆角、旋轮圆角、进给比与减薄率对成形的影响以及不同设计参数对加强筋拟合的影响；并通过分析来优化设计工艺参数，以获得较优的一组设计。

本文特色在于： 在经过多次试验后，获得了较优的一组参数设定；利用该组数据进行模拟，得到较好的带内筋的筒形件，表明利用旋压工艺可成形该类零件。

关键词：旋压；带内筋筒形件；有限元；工艺参数

Abstract

All countries pay attention to national defense construction and the universal exlorarion, the development of their own aerospace, weapons industry is one of the primary task. If you can in this kind of manufacturing have a better qualited, more sophisticated, more cutting-edge technology.It is benificial undoubtedly for the development and construction of the country to provide a good foundation. In this type of industrial production, a large demand for large-scale thin-walled shell, which makes the inner wall of the thin wall of the production of thin-walled cylindrical parts can not be ignored. Spinning process is an advanced technology that can form a larger size seamless hollow parts, it is undoubtedly a practical problem to study the forming of the cylindrical parts with inner ribs. And taking into account the impact factors on the spin forming process , if the one by one experimental production, and then optimizing the product, it spent too long time, and the cost is too high, so the general choice is to use CAE software on producting molding Process for numerical simulation.

  In this paper, the finite element software DEFORM is used to simulate the spinning model of the inner cylinder with the simplified three-dimensional model. So as to obtain the flow law of the metal, and the stress and strain map when spinning, and the simulation results can be used to analyze the causes of the various defects in the simulation. The effect of different design parameters on the fitting of the stiffeners was obtained by using the experiment of multiple sets of experiments, and the design parameters were optimized by analysis to get a better design. In the simulation, the boundary condition and the motion of the wheel are effectively solved.

  After a number of tests, a better set of parameter settings was obtained. Using this set of data to simulate can get a better cylindrical body with inner ribs.it indicates that the parts can be formed by spinning.

Key words: spinning ; inner cylinder ; Finite element method ; Process parameters

目 录

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2铝合金概况 3

1.3旋压概况 4

1.3.1旋压简介 4

1.3.2旋压技术的研究和发展 4

1.4 DEFORM概况 5

1.5金属塑性成形技术 5

1.6研究内容与技术路线 6

1.6.1研究内容 6

1.6.2技术路线 6

1.7本章小结 6

第二章 旋压工艺设计 7

2.1试验原始数据 7

2.2旋压工艺方案的选择 8

2.2.1工艺的选择 8

2.3工艺参数的选择 9

2.3.1减薄率 9

2.3.2进给量 9

2.3.3旋轮安装角 10

2.3.4旋压道次 10

2.4芯模设计 10

2.5旋轮的设计 10

2.6本章小结 11

第三章 有限元模拟及分析 12

3.1有限元模型的建立 12

3.1.1网格划分 12

3.1.2定义工具和边界条件 12

3.2带内筋筒形件旋压过程数值模拟 13

3.2.1旋压时金属的流动规律 13

3.2.2进给比对筒形件成形影响 14

3.2.3减薄率对筒形件成形影响 16

3.2.4芯模、旋轮圆角等对成形件的影响 16

3.3旋压件缺陷分析 17

3.3.1端口不平整 17

3.3.2金属表面不光整 17

3.4产品尺寸的优化 17

3.5本章小结 18

第四章 总结与展望 19

4.1总 结 19

4.2展 望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪 论

1.1引言

随着时代的发展，各国更注重于本国建设及关于宇宙的探索，也促使航空航天、国防建设等高新技术行业飞速发展。在科技致胜的时代，诸如导弹、火箭、航空飞机、卫星等能反映一个国家的科技水平、综合实力的高科技制造，其生产制造要求极高，且其创新、改革速度也极快，即要求不断改善、优化其构成零部件的制造工艺，以获得更优的产品件。这就使得掌握一种相对而言更优的生产制造工艺，不仅能够加快本国在航空航天、国防建设这方面的发展脚步，同时还增强本国在世界的影响力，使自己能够在该行业位于世界前沿。为了使所制造的零部件安稳、正确的实现其工作，则零部件中壳体的设计制造就显得尤为重要，如果没有足够强度的壳体，不论其内部零件多精密，其结果必然是失败。而制造中第一步需要考虑的即为材料的选择，诸如航天器、卫星之类大型复杂整体薄壁壳体，在制造时需要耗费大量金属，考虑到壳体的强度与刚度要求，就可以筛选去许多金属材料，又因为一般金属密度较大，若使用该类金属就会使制件重量过大，为后续制造生产及成品的使用中增加难度，故而现代制造航空器等项目时会注重轻量化的需求，所选择用于制造该类产品的金属材料在满足其刚度、强度要求的同时其重量也因更轻，以使成品更加轻便，达到有效减重的目的。^[1]所以同时满足刚度、强度、轻量化的要求的金属材料，就成为热门备选材料。铝合金因密度低，其强度能够达到甚至超过部分优质钢，塑性好，且价格相对较低，在工业生产中应用广泛，故而铝合金就成为了制造该类产品时的首选材料。其次，部件的壳体制造工艺就是其最终成品能否成功的决定性因素，从最开始到如今被用来进行壳体制造的方法经过了不断地更替、优化。如最开始火箭的发动机外壳制造，选用了卷焊法，即将薄板或厚板卷成圆筒，再拼接起板子将之用焊接法连起来，这样就在壳体上形成了一条轴向的焊缝，此焊缝处即为该制件的高应力区，易出现应力集中，从而导致该处开裂而生产失败，且不满足大型壳体关于减薄壁厚，提高强度，减少环焊缝，消除纵缝的要求。^[2]所以，在后续的生产工艺改善中，需要寻找一种可制作无焊缝整体制件的工艺方法来对其替换。在生产中，一般制作该类零件可采用普通模具压形、涨形工艺，中小尺寸的制件可利用锻造法直接成形其整体；但对于较大制件，想得到整体无缝效果，按一般方法需设计模具较大，加工周期长，且成本高；这时，就需要更适合的制造工艺了，一般有两种方法可达到该类零件的成形目的：一是旋压法；二是环轧法。环轧法的特点是其对于制件尺寸的接受范围较大，即一般直径较大的零件也能通过轧制成形，但其对要进行轧制的轧件有高度的限制，一般制件高度不应该超过1m。而文献[3]中表明旋压成形较之其余成形方法有以下优势：

（1）制件变形条件好。旋压时旋压工具与待旋坯料间的接触极少，旋轮对坯料的作用面积小，可将两者的接触近似为点接触，则接触处的单位压力高，最大压力甚至可以达到2500~3500MPa以上，因此在对高强度难变形的材料进行回转类加工时，可选择旋压加工方法。