摘 要

本文借助有限元模拟软件ABAQUS建立带纵向外筋的薄壁铝合金筒形件多点流动成形三维有限元模型，并分析了其成形机理以及各工艺参数对带纵向外筋的薄壁铝合金筒形件旋压成形的影响。选取两组不同滚珠直径和两组不同壁厚减薄量进行模拟，对两种情况进行了比较，所得结果对于优化滚珠旋压工艺参数具有指导意义。

论文主要研究了滚珠直径、壁厚减薄量对滚珠旋压工艺的影响规律。

研究结果表明：在生产实践所得最佳旋压角范围内，滚珠直径越大外筋成形效果越佳；适当增加壁厚减薄量有助于外筋形成，外筋成形效果越好。

本文的特色：选题新颖，带有纵向外筋的筒形件在常用制品、军工器件、船只部件、航天和航空零件等领域都有着广泛的应用，但是关于其成形规律的研究成果不丰富，该研究能为多点流动成形工艺的应用和拓展提供科学指导；方法先进，该研究采用时下金属塑性成形领域应用广泛的有限元模拟软件ABAQUS，从三维造型到模拟研究均可实现。

关键词：多点流动成形；滚珠旋压；有限元；ABAQUS

Abstract

In this paper, a finite element simulation software ABAQUS was used to establish a three-dimensional finite element model of thin-walled aluminum alloy cylindrical parts with longitudinal external reinforcement. The forming mechanism and the effect of technological parameters on spinning of thin - walled aluminum alloy cylindrical parts with longitudinal external reinforcement were analyzed. Two groups of different ball diameters and two different wall thickness reductions were selected to simulate the two cases. The results were of great significance to optimize the parameters of ball spinning.

This paper mainly studies the influence of ball diameter, thickness reduction and feed ratio on ball spinning.

The results show that the larger the diameter of the ball is better in the range of the best spinning angle in the production practice, the better the increase of the wall thickness and the amount of the reinforcement.

The characteristics of this paper are as follows: This topic is very novel. The cylindrical parts with longitudinal tendons are widely used in the fields of civil, military, shipbuilding, aerospace and aviation. However, the research results on the forming rules are not abundant. To provide scientific guidance for the application and development of multi-point flow forming process

The method is advanced, and the research is based on the finite element simulation software ABAQUS, which can be realized from three-dimensional modeling to simulation.

Key Words：Multi-point flow molding；Ball spinning；Finite element；ABAQUS

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 多点流动成形工艺发展概况 1

1.2.1概述及工艺原理 1

1.2.2工艺技术特点 2

1.2.3工艺的缺点 3

1.2.4带纵向外筋的薄壁铝合金筒形件成形研究状况 4

1.3有限元法的发展概况及在塑性加工领域的应用 5

1.3.1有限元法的发展现状 5

1.3.2有限元法在塑性加工领域的应用 5

1.4课题的意义及主要的研究内容 6

1.4.1课题的意义 6

1.4.2主要研究内容 7

第2章 带纵向外筋的薄壁铝合金筒形件多点流动成形工艺参数确定 8

2.1 引言 8

2.2 基本工艺参数的确定 8

2.2.1壁厚减薄率Ψ 8

2.2.2旋压角α 8

2.2.3滚珠数目的确定 9

2.2.4套筒转速n 9

2.2.5进给比f 10

2.2.6润滑条件及摩擦系数 10

第3章 基于ABAQUS的多点流动成形有限元模拟 12

3.1 引言 12

3.2 有限元模拟条件 13

3.2.1模拟工艺模型 13

3.2.2模拟有限元模型 14

3.3不同滚珠直径的旋压件有限元模拟 15

3.4不同壁厚减薄率的旋压件有限元模拟 18

3.5 本章小结 21

第4章 工艺参数对旋压件成形性的影响 22

4.1 金属材料 22

4.2 滚珠直径 22

4.3 壁厚减薄量 22

4.4 外筋成形质量分析 22

第5章 结论与展望 24

5.1 研究总结 24

5.2 前景展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1引言

多点流动成形工艺（又称滚珠旋压）是一种用于成形薄壁筒形件的金属塑性加工方法，它借助滚珠的轴向进给运动，通过滚珠施加压力在随着芯模与滚珠沿对称轴线旋转的待旋压件，使其与滚珠接触区域产生塑性变形，在预先设计好的模具中发生金属流动，从而成为目标旋压零件。

将多点流动成形工艺应用于成形带纵向外筋薄壁铝合金筒形件这类工件是一种全新的试验，与传统的制造工艺相比，该工艺生产出的工件具有高强度、高表面精度和薄壁等优点。尽管在现实生产中滚珠旋压的应用不断进步并渐渐完善，但是其坯料旋压成形的规律建立在大量的实验和经验的基础上，这在降低工艺生产效率的同时增加了生产的投入。因此采用有效的分析方式和手段研究滚珠旋压成形进程中坯件的变形机制，获得相应工艺的最佳参数，并用理论引导实践，具有非同寻常的价值。