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金屬成形工藝數(shù)值模擬
什麼是金屬成形工藝數(shù)值模擬?
材料成形工藝數(shù)值模擬是這樣的一個過程，在這個過程中人們使用專用的計算機軟件讓計算機對整個成形過程的各種物理量的變化進行數(shù)值計算，預測出成形過程中工程師們所關(guān)心的各種有用的技術(shù)信息，并將最終的計算結(jié)果以各種圖形或動畫的形式直觀生動地顯示在計算機的屏幕上。從屏幕上人們可以看到工件的詳細變形過程，以及各種物理量隨空間和時間的變化。如果您的工藝、模具或坯料設計不當，還可以看到由此所產(chǎn)生的各種成形缺陷，如開裂、折疊、過燒與回彈等等。做一次工藝數(shù)值模擬，就相當于在計算機上做了一次虛擬的工藝試驗。與實際工藝試驗相比，它的優(yōu)勢是成本低、周期短，所得到的技術(shù)信息更多更全、而且全是定量化的數(shù)據(jù)。如果您發(fā)現(xiàn)模擬出的工件具有某些缺陷，可以根據(jù)自己的經(jīng)驗找出產(chǎn)生缺陷的原因，然后對工藝、模具和坯料進行修改。將修改后的數(shù)據(jù)進行第二次工藝模擬。如此反復直到工藝成功。目前金屬成形工藝數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)基本成熟，并在工業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用，給公司帶來了豐厚的利潤。在世界上很多著名的公司中，金屬成形工藝數(shù)值模擬已經(jīng)成為生產(chǎn)中一個不可缺少的的工序。
數(shù)值模擬的基本原理是什麼？
金屬成形過程是工件的一個彈（粘）塑性變形過程，有時在這個過程中還伴有明顯的溫度和微觀組織變化。從物理的角度看，無論這個過程多麼復雜，這個過程總可以通過一組微分方程以及相應的邊界條件和初始條件表示出來。這組微分方程以及邊界條件和初始條件可以根據(jù)固體力學、熱力學和材料科學的基礎理論建立起來。通常，這組微分方程的基本未知量是工件各點的位移、溫度和一些用于描述微觀組織的物理量。例如，對于普通的沖壓過程，由于溫度的影響和微觀組織的變化可以忽略，因此基本的未知量只是工件各點的位移；而對于熱鍛過程，溫度也應該作為基本的未知量。如果我們可以得到這組微分方程的解，那麼，我們可以根據(jù)相關(guān)學科的基礎理論和基本規(guī)律，由所得到的基本未知量計算出其他物理量（例如應力、應變、載荷等）隨空間和時間的變化。由于金屬成形過程的復雜性，這組微分方程具有極強的物理的和幾何的非線性，因此得到這組微分方程的理論解是非常困難的。直到七十年代，隨著計算機技術(shù)和數(shù)值計算方法特別是有限元方法的迅速發(fā)展，才使得有可能通過數(shù)值計算的方法來求解這組微分方程，從而逐步建立了金屬成形工藝數(shù)值模擬技術(shù)。用計算機語言編寫的求解這組微分方程并由基本未知量計算其他物理量全部計算過程的文件就是我們常說金屬成形工藝數(shù)值模擬軟件。
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參考詞條
熱成形工藝
預成形工藝
旋壓成形輪
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第1章 概況 1.1 國內(nèi)外旋壓技術(shù)的發(fā)展 1.2 旋壓工藝的特點 1.3 旋壓技術(shù)的應用 1.3.1 旋壓工藝的應用 1.3.2 旋壓裝備的發(fā)展 第2章 旋壓成形的基本方式 2.1 普通旋壓的基本方式 2.1.1 拉深旋壓 2.1.2 縮徑旋壓 2.1.3 擴徑旋壓 2.1.4 普通旋壓中的輔助成形 2.2 強力旋壓的基本方式 2.2.1 剪切旋壓 2.2.2 筒形變薄旋壓 2.3 其他旋壓法 2.3.1 內(nèi)旋壓法 2.3.2 斜軋式旋壓法 2.3.3 張力旋壓法 2.3.4 多旋輪的錯距旋壓法 2.3.5 劈開旋壓法 2.3.6 鋼球旋壓法 2.3.7 加熱旋壓法 第3章 金屬旋壓工藝 3.1 旋壓工藝方案的選擇 3.1.1 旋壓方式的選擇 3.1.2 毛坯的處理 3.1.3 旋壓設備的選用 3.2 毛坯的種類及要求 3.2.1 毛坯種類 3.2.2 對毛坯的要求 3.3 毛坯的設計計算 3.3.1 一般錐形件的毛坯計算 3.3.2 曲母線形件的毛坯計算 3.3.3 封頭的毛坯計算 3.3.4 筒形件的毛坯計算 3.4 旋壓過程工藝參數(shù)的選擇 3.4.1 減薄率 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速或旋速 3.4.3 芯模和旋輪的間隙 3.4.4 進給量或進給速度 3.4.5 旋輪安裝角 3.4.6 旋壓溫度 3.5 旋壓道次規(guī)范和旋輪運動軌跡 3.5.1 影響旋壓道次規(guī)范的因素 3.5.2 旋輪運動軌跡的計算和作圖 3.6 金屬旋壓的潤滑和冷卻 3.7 工藝裝備的設計 3.7.1 主要工藝裝備 3.7.2 輔助工藝裝備 3.8 旋壓制品的精度 3.9 旋壓件的缺陷、產(chǎn)生原因和防止措施 3.9.1 旋壓件的缺陷、產(chǎn)生原因 3.9.2 成形時采用的措施和注意事項 3.10 旋壓過程中毛坯凸緣的失穩(wěn) 3.11 旋壓過程中金屬堆積現(xiàn)象 第4章 可旋壓性試驗及力能參數(shù)的計算 4.1 金屬材料的可旋性試驗 4.1.1 錐形件的可旋性試驗 4.1.2 筒形件的可旋性試驗 4.2 旋壓力能參數(shù)的計算 4.2.1 金屬旋壓變形區(qū)的應力狀態(tài)及假設條件 4.2.2 錐形件強力旋壓力的計算 4.2.3 筒形件強力旋壓力的計算 4.2.4 幾種筒形件強旋時旋壓力的計算式 4.3 旋壓過程的數(shù)值模擬研究 第5章 旋壓設備簡介及發(fā)展方向 5.1 旋壓工藝對設備的要求 5.1.1 工藝可能性對設備的要求 5.1.2 旋壓件統(tǒng)計和分類對設備的要求 5.1.3 強力旋壓工藝特點對設備的要求 5.2 旋壓機的一般特點 5.3 旋壓機的布局和其結(jié)構(gòu)形式 5.3.1 旋壓機的總體布局 5.3.2 旋壓機的結(jié)構(gòu)形式 5.4 幾種類型旋壓機的結(jié)構(gòu)特點 5.4.1 臥式旋壓機 5.4.2 立式旋壓機 5.4.3 專用自動旋壓機 5.5 數(shù)控自動旋壓機 5.5.1 數(shù)控自動旋壓機的控制系統(tǒng) 5.5.2 數(shù)控自動旋壓機的結(jié)構(gòu)特點 5.5.3 數(shù)控自動旋壓機的數(shù)據(jù)輸入 5.5.4 數(shù)控旋壓技術(shù)的研究課題 參考文獻
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第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 2、強力旋壓的分類： 1）根據(jù)旋壓類型和金屬變形機理的差異，強力旋壓可分為異形件強力旋壓——剪切旋壓；筒形件強力旋壓——流動（擠出）旋壓； 2）筒形件強力旋壓——流動（擠出），按旋輪與坯料流動方向分為正向旋壓與反向旋壓；按旋輪和坯料相對位置分為內(nèi)徑旋壓與外徑旋壓；按旋壓工具分為旋輪旋壓與鋼球（滾珠）旋壓； 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 3、剪切旋壓 1）成形原理 異形件剪切旋壓，適于錐形、拋物線及各種曲母線形工件的成形。錐形件是異型件的典型形狀。在剪切旋壓過程中，平板坯料在旋輪擠壓與剪切綜合作用下，厚度方向遵循體積不變定律和正弦規(guī)律變形。從工件的縱斷面上看，其變形過程猶如按一定母線形狀推動一迭撲克牌一樣。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 2）正弦規(guī)律 對具有一定錐角和壁厚的錐形件進行強力旋壓時，根據(jù)純剪切變形原理可求出毛坯的合理厚度，所符合的規(guī)律為正弦規(guī)律： t=t0sin(α/2) 式中： t —— 旋后零件的壁厚 t0 —— 旋前毛坯的壁厚 α—— 錐角 正旋律雖然由錐形件的強力旋壓所導出，但其基本上適用于一切異形件，因為任何異形件在沿其半徑方向以很小的間隔分段后，都可近似的把每段看作是錐形件的一部分，僅各段錐角大小不同而已。但曲母線異形件在運用正弦律時存在一定的誤差。母線曲率半徑越小，其法向壁厚變化越大，則誤差越大。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 3）正弦律的偏離 在實際生產(chǎn)過程中，錐形件強力旋壓的實際壁厚往往不等于按正弦律計算所得理論壁厚，即實際壁厚與理論壁厚存在一定程度的偏離。這種偏離有很多種原因，例如旋輪與芯模的間隙誤差、旋壓工藝系統(tǒng)的彈性變形和毛坯的壁厚誤差等。其計算公式如下： Δ=（tp-tf）/ tf=-1+ tp/ tf 式中 tp——旋壓件的實際壁厚 tf——旋壓件的理論壁厚 當tp＜tf時，Δ＜0，材料減薄過渡；當tp＞tf時，Δ＞0，材料減薄不足。 由于偏離正弦律的情況難以避免，實際生產(chǎn)中一般傾向于采用Δ＜0的旋壓方法。因為適當?shù)臏p薄過渡有利于提高材料的極限減薄率，并且可改善旋壓件的貼膜狀況，從而提高其內(nèi)表面的精度和光潔度。 有時由于產(chǎn)品性能的需要，必須采用Δ＜0的旋壓方法。例如旋轉(zhuǎn)式破甲彈要求藥型罩有一定的內(nèi)應力，以便爆轟波壓垮藥型罩而形成射流時能產(chǎn)生一反旋力矩，來補償射流的離散作用，于是對藥型罩采用了減薄過渡（Δ=-15％）旋壓成形，結(jié)果收到了預期的效果，提高了破甲威力。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 錐形件旋壓成形設備 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 4、筒形件流動旋壓 強力旋壓有兩種基本變形方式：正旋和反旋。正旋時材料的流動方向與旋輪的運動方向相同；反旋時材料的流動方向與旋輪的運動方向相反。正旋壓適用面較寬，直徑精度優(yōu)于反旋壓。反旋壓的芯模及行程較短，其應用限于不帶底的筒形件成形。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) 1）筒形件流動旋壓的變形機理 （1）主體運動 工件在芯模帶動下進行的旋轉(zhuǎn)運動是旋壓變形的的主體運動，工件成形主要依靠旋轉(zhuǎn)運動來完成的。工件在旋轉(zhuǎn)時受到旋輪的阻礙而產(chǎn)生變形，同時旋輪在借助摩擦力發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，旋輪的轉(zhuǎn)動是被動的，其轉(zhuǎn)速大小決定于工件的轉(zhuǎn)速、工件與旋輪的半徑比。 旋輪與工件之間不僅有滾動摩擦，而且有滑動摩擦，并有一定的熱量產(chǎn)生，所以在旋壓過程中，需要充足的冷卻和潤滑等。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) （2）局部漸變 筒形件變薄旋壓是旋輪對工件局部施壓的過程，通過工件與旋輪的相對運動而沿螺旋軌跡逐步連續(xù)推進，完成整個工件的成形。旋壓成形過程中，坯料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形，坯料上有一個連續(xù)位移的塑性變形區(qū)。變形區(qū)沿著螺旋線位移，螺距等于坯料旋轉(zhuǎn)一圈時旋輪的位移量。 旋輪和工件都是旋轉(zhuǎn)體，兩者互相接觸加壓時，作為剛體的旋輪壓入作為塑性體的工件，其接觸面為旋輪工作表面的一部分，接觸面的輪廓是旋輪形體與工件形體的相貫線。不同的旋輪工作面形狀將具有不同的接觸面形狀，接觸面的大小則決定于旋輪的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、旋壓的工藝參數(shù)和工件的直徑。 強力旋壓時的變形程度一般用工件壁厚減薄率ε來表示： ε=（t0-tf）/ t0 式中 t0——毛坯的壁厚 tf——旋壓件的壁厚 說明：ε越大，則標志著強力旋壓的變形程度越大，材料的變形愈劇烈。 匯報時間 第 * 頁 三、強力旋壓成形技術(shù) （3）變形過程 強力旋壓的整個變形過程可分為三個階段，即旋入階段、穩(wěn)定旋壓階段、旋壓終了階段。三個旋壓階段對應著三個不同的變形狀態(tài)。 起旋階段是從
步驟2：芯棒帶動圓形金屬板材高速旋轉(zhuǎn)，帶有轉(zhuǎn)輪的工具開始按壓金屬表面，直至金屬板材完全貼合模具內(nèi)壁成型
步驟3：成型完成后，芯棒被取出，零件的頂部和底部被切除以便脫模
三、手工旋壓
機械傳動，手工操作旋壓視頻 ↓↓
手工旋壓成形工藝是一種老的成形方法，具有生產(chǎn)周期短、技術(shù)要求高，能在普通機床上用簡單的模具制造形狀復雜的零件，且能適合于鋼、鋁、銅等不同的金屬材料，節(jié)約原材料和工具費用，縮短了加工時間。但其在普通機床上旋壓則需要制造專門的靠模機構(gòu)來實現(xiàn)其運動軌跡，且當產(chǎn)品需要經(jīng)常更新?lián)Q代時，就不能較快地相適應。同時對旋壓軌跡變化來優(yōu)化零件質(zhì)量就無能為力了。
數(shù)控旋壓視頻 ↓↓
數(shù)控旋壓成形是利用數(shù)控車削中心來實現(xiàn)旋壓所需的各種運動軌跡，并利用其軌跡變化來優(yōu)化零件質(zhì)量，同時滾壓的靠模也可直接在數(shù)控機床上加工。尤其適合于經(jīng)常更新?lián)Q代的產(chǎn)品或大批量生產(chǎn)的旋壓成形工藝選擇最佳的工藝參數(shù)和運動軌跡。
四、其他金屬產(chǎn)品的旋壓工藝
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