5 m直徑大角度型材框拉彎成形工藝

1、5in直徑大角度型材框拉彎成形工藝?yán)钯?，張杰剛2，尹蘋(píng)2，李繼光1，金朝海3，劉祥龍2(1天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，天津300462；2首都航天機(jī)械公司，北京100076；3北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京100191)摘要：針對(duì)某一運(yùn)載火箭大角度型材框，對(duì)力控制模式下的拉彎成形進(jìn)行了模擬及試驗(yàn)研究，模擬分析了拉彎力對(duì)成形件應(yīng)力、應(yīng)變分布及回彈量的影響規(guī)律。模擬結(jié)果顯示，隨著拉彎力增加，型材截面內(nèi)外側(cè)切向應(yīng)力差減小，回彈

2、和扭翹變形也減小，但不利的一面是變形量增大，零件壁厚減薄率增加，截面尺寸變化加大，綜合考慮，選取合適的拉彎力為974kN。試驗(yàn)分析了拉彎力、第1次拉彎包角及補(bǔ)拉量對(duì)零件成形精度的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，拉彎力和補(bǔ)拉量越大，零件的角度、平度及弧度間隙越小，尺寸精度越高。通過(guò)試驗(yàn)，得出了優(yōu)化的拉彎工藝參數(shù)，即拉彎力為105kN，第1次拉彎包角為65。，補(bǔ)拉量為60mm。在此參數(shù)下拉彎，零件淬火后變形程度較小，扭翹現(xiàn)象較小，回彈量較小，成形出

3、尺寸合格的零件。關(guān)鍵詞：拉彎成形；大角度型材框；拉彎力；補(bǔ)拉量；數(shù)值模擬DOI：1013330／jissn10003940201703020中圖分類(lèi)號(hào)：TG386文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10003940(2017)03010306Stretchwrapbendingof5rlldiameterlargeangleprofileframeLiQianl，ZhangJiegan92，YinPin92，LiJiguan91，JinChaoha

4、i3，LiuXianglon92(1TianjinAerospaceLongMarchRocketManufacturingCo，Ltd，Tianjin300462，China；2CapitalAerospaceMachineCo，Ltd，Beijing100076，China；3SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity，Beijing100191，Chin

5、a)Abstract：Forthelargeangleprofileframeofacarrierrocket，thestretchwrapbendingundertheforcecontrolmodewassimulatedandexperimented，andtheinfluencesofstretch—wrapbendingforceonstress，straindistributionandspringbackweresimul

6、atedandanalyzedThesimulationresultsshowthatthetangentialstressdifferencebetweenoutsideandinsideofprofilesectiondecreases，springbackandwarpingdecreasewiththeincreaseofstretchwrapbendingforceHowever，thedeformation，thethinn

7、ingrateofwallthicknessandthevariationofcross—sectionaldimensionincreasewiththeincreaseofstretchwrapbendingforceConsideringalltheabove，theappropriatestretchwrapbendingforce974kNisselectedAndtheinfluencesofthestretchwrapbe

8、ndingforce，thefirstcomerwrapandtheamountofcompensationontheaccuracyofformingwereanalyzedbyexperimentTheresultsshowthatthelargerthestretch—wrapbendingforceandtheamountofcompensationare，thesmallertheangle，flatnessandradian

9、clearanceofpartsale，andthehighertheaccuracyofpartsizeisThus，theoptimizedbendingprocessparametersaleattainedbyexperimentswiththestretch—wrapbendingforce105kN，thefirstcomerwrap65。andtheamountofcompensation60mmBasedontheabo

10、veparameters，thequalifiedpartsareformedwithlessquench—ingdeformation，wistphenomenonandspringbackKeywords：stretchwrapbending；largeangleprofileframe；stretchwrapbendingforce；amountofcompensation；numericalsimulation型材因其良好的力學(xué)

11、性能在航空、航天、機(jī)車(chē)及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。型材拉彎是在毛料彎曲的同時(shí)施加切向拉力以克服內(nèi)側(cè)的起皺及改善截面內(nèi)的應(yīng)力分布，減少回彈，提高形狀精度。型材拉彎因具有回彈小、零件貼模度好的特點(diǎn)而成為收稿日期：2016—08—23；修訂13期：2016—1l一30基金項(xiàng)目：航天一院院級(jí)工藝改進(jìn)課題(Y41203—53C)作者簡(jiǎn)介：李倩(1985一)，女，碩士，工程師Email：liqianfly99@163com型材零件的主要成形方法。拉彎

12、分為一次拉彎法和二次拉彎法，二次拉彎法具有成形尺寸精度高、回彈量小的特點(diǎn)，已被生產(chǎn)實(shí)踐愈來(lái)愈廣泛地采用，尤其對(duì)于彎角較大的大型型材零件應(yīng)用上優(yōu)勢(shì)明顯‘2|。型材拉彎成形是由成形件尺寸(包括彎曲角、彎曲半徑等)、型材截面形狀和尺寸、材料性能、成形工藝參數(shù)(如拉彎力、拉伸量)等多因素耦合交互作用的復(fù)雜成形過(guò)程，成形件的質(zhì)量較難控制。型材拉彎成形中可能會(huì)出現(xiàn)起皺、截面畸變及回彈萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3期李倩等：5m直徑大角度型材框拉彎成形工藝105448

13、8個(gè)節(jié)點(diǎn)，夾鉗和成形模具為剛體；夾鉗和型材端部通過(guò)tie方式連接在一起；殼單元采用Gauss積分方法；型材與模具之間摩擦系數(shù)為01；接觸力的計(jì)算采用函數(shù)法。2A12—0態(tài)材料性能參數(shù)來(lái)自單向拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表12A12一O鋁型材主要性能參數(shù)Table1Mainperformanceparametersof2A12_Oaluminumprofile參數(shù)數(shù)值彈性模量E／GPa泊松比p屈服強(qiáng)度R。L／MPa抗拉強(qiáng)度R。／MPa均

14、勻伸長(zhǎng)率A／％應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù)K應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n材料本構(gòu)模型采用Hill1948各向異性等向強(qiáng)化模型。，=，矗：G盯：H(盯，一盯，)22Nor2y一2R2L=0(1)式中：／為屈服函數(shù)；盯，為沿戈軸方向的正應(yīng)力；盯，為沿Y軸方向的正應(yīng)力；盯，，為沿茗、Y軸方向的正應(yīng)力；F，G，H，N為各向異性參數(shù)，可以由厚向異性系數(shù)r帥，r45，ro計(jì)算得到。由于只能沿型材擠壓方向加工單拉試件，這里?。?0=r45=／0=0398。22數(shù)值模擬方案本文主要

15、對(duì)第1道次拉彎成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析拉彎力對(duì)成形件應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)及成形精度的影響規(guī)律。其中，拉彎力分別設(shè)定為839，920和974kN，分別對(duì)應(yīng)02％，06％和10％的預(yù)拉率。23模擬結(jié)果分析型材拉彎成形是拉伸與彎曲變形的有機(jī)結(jié)合，其成形特點(diǎn)與兩者有所不同。型材純彎曲成形過(guò)程中，型材縱向金屬纖維沿截面方向變形不同，靠近彎曲中心一側(cè)的材料受到切向壓應(yīng)力產(chǎn)生壓縮變形，遠(yuǎn)離彎曲中心一側(cè)的材料受到切向拉應(yīng)力作用產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。切向應(yīng)力、應(yīng)變由

16、彎曲外側(cè)的拉應(yīng)力、拉應(yīng)變逐步過(guò)渡到彎曲內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力、壓應(yīng)變。拉彎成形時(shí)，一定的切向拉力可以大大減小(甚至消除)內(nèi)側(cè)切向壓應(yīng)力作用區(qū)域。圖3和圖4分別為模擬得到的不同拉彎力情況下零件切向應(yīng)力和切向應(yīng)變分布云圖。可以看到，在對(duì)應(yīng)預(yù)拉率02％的拉彎力作用下，型材內(nèi)側(cè)切向基本上已經(jīng)沒(méi)有壓應(yīng)力作用。1992e021828e02l664e021500e021336e021172e021008e028442eOl6802c015163e013523e

17、0ll884e012443e00(c)圖3不同預(yù)拉情況下的切向應(yīng)力分布圖(a)預(yù)拉率02％(b)預(yù)拉率06％(e)預(yù)拉率1％Fig3Tangentialstressdistributionunderdifferentpretensionsituations(a)Pre—drawnrateof02％(b)Pre—drawnrateof06％(c)Pre—drawnrateofl％圖5為不同預(yù)拉率(力)下型材截面內(nèi)外側(cè)切向應(yīng)力和切向應(yīng)變沿輪