金属管材塑性弯曲成形机理研究及工艺参数优化内容简介

金属管材已在航空航天、船舶、化工、汽车等高技术领域得到了广泛应用。然而由于管材塑性弯曲成形是一个典型的非线性变形过程，影响因素错综复杂，弯曲成形后很容易产生回弹、截面畸变、外侧壁厚变薄甚至开裂、内侧壁厚增大甚至起皱等质量缺陷，严重影响弯管零件的装配和使用。基于此，本书主要从管材材料参数、弯管缺陷产生机理、弯管成形质量预测、工艺参数优化等方面对弯管的成形过程进行深入分析和研究，以期对相关技术人员提供参考。

第1章绪论

1.1引言

1.1.1研究背景

1.1.2管材塑性弯曲成形常见缺陷及预防

1.2管材塑性弯曲成形国内外研究现状

1.2.1管材本构关系研究

1.2.2管材弯曲成形缺陷研究

1.2.3管材塑性弯曲成形质量预测技术

1.2.4管材塑性弯曲成形工艺参数优化技术研究

1.3问题与缺陷

1.4本书研究内容与体系结构

1.4.1研究内容

1.4.2体系结构

本章小结

第2章管材塑性弯曲成形基础理论研究

2.1引言

2.2管材力学性能分析

2.2.1管材本构关系描述

2.2.2管材力学性能参数分析

2.2.3管材力学性能参数确定

2.3管材塑性弯曲成形过程中的应力应变分析

2.3.1屈服准则

2.3.2基本假设

2.3.3应力状态分析

2.3.4应变状态分析

2.4管材塑性弯曲中性层位置分析

2.4.1应变中性层位置分析与计算

2.4.2应力中性层位置分析与计算

2.5管材塑性弯曲力矩计算

本章小结

第3章管材塑性弯曲成形质量的理论模型构建

3.1引言

3.2管材塑性弯曲回弹分析与计算

3.2.1管材塑性弯曲回弹分析

3.2.2回弹角度计算

3.2.3回弹半径计算

3.3管材塑性弯曲横截面畸变分析与计算

3.3.1管材塑性弯曲横截面畸变分析

3.3.2管材塑性弯曲横截面短轴变化率计算

3.3.3横截面畸变约束的弯曲成形极限

3.4管材塑性弯曲壁厚变化分析与计算

3.4.1管材塑性弯曲壁厚变化分析

3.4.2管材塑性弯曲壁厚变化计算

3.4.3壁厚变化率约束的弯曲成形极限

3.5计算结果实例验证

3.5.1回弹角度实例验证

3.5.2横截面畸变率实例验证

3.5.3壁厚变化率实例验证

本章小结

第4章管材塑性弯曲成形过程建模与质量预测

4.1引言

4.2管材塑性弯曲成形有限元建模

4.2.1管材数控弯曲成形工艺过程分析

4.2.2全参数化有限元建模方法

4.2.3管材数控弯曲成形过程建模

4.2.4有限元模型验证

4.3管材塑性弯曲成形过程中的应力应变分布

4.3.1应力分布规律

4.3.2应变分布规律

4.4管材塑性弯曲成形质量预测与质量评价

4.4.1管材塑性弯曲成形质量预测

4.4.2管材塑性弯曲成形质量评价

4.4.3成形质量数据管理

本章小结

第5章管材弯曲成形工艺参数优化

5.1引言

5.2管材弯曲成形影响因素及影响规律分析

5.2.1管材弯曲成形影响因素分析

5.2.2不可控因素对弯管成形性的影响

5.2.3可控因素对弯管成形性的影响

5.3工艺参数对弯管成形质量的显著性分析

5.3.1工艺参数显著性分析方法

5.3.2正交模拟试验设计

5.3.3正交试验结果分析

5.4管材弯曲工艺参数的多目标优化

5.4.1管材弯曲工艺参数优化模型

5.4.2工艺参数优化策略及优化方法

5.4.3弯管成形RBF神经网络建模

5.4.4多目标优化问题及求解方法

5.4.5基于粒子群算法的工艺参数优化

5.5实例验证与分析

本章小结

第6章管材弯曲成形质量预测系统开发与应用

6.1引言

6.2系统设计

6.2.1系统开发与运行环境

6.2.2系统开发模式

6.2.3系统功能结构

6.3系统集成与接口技术

6.4系统知识管理

6.4.1力学仿真工艺数据管理

6.4.2缺陷分析与经验知识管理

6.5管材弯曲成形质量预测实例

6.5.1管材信息提取

6.5.2有限元全参数化建模

6.5.3成形质量预测与综合评价

本章小结

第7章结论与展望

附录主要符号表

参考文献 2100433B

《金属管材弯曲理论及成形缺陷分析》以管材弯曲的工程理论为主，结合弯管生产实践系统地介绍了当前管材弯曲技术的发展与应用。同时，汇集了者在国家自然科学基金和国防基础研究中的大量管材弯曲试验、有限元分析结果，整理了者本人在国内外发表的50余篇管材弯曲研究论文（其中，EI、SCI检索近40篇），引入滞后回弹的探讨，并参考国内外相关科技资料，较为系统地研究了管材弯曲变形机理、弯曲过程中的应力应变分布，以及成形过程中各种类型缺陷的产生原因及预测、补偿和控制方法。书中论述的部分研究结果和结论经过航空航天企业生产现场的初步验证，修正后的结果具有相应的可实践性。另外，书中还包括与另一位美籍华人学者Dr.DaiunZhou长期协作探讨的共识，并且Dr.Zhou在管材弯曲有限元分析方面提出了许多颇有新意的见解并提供了一些具有参考意义的资料，使得《金属管材弯曲理论及成形缺陷分析》具有较强的国际交流色彩，可与该领域的国际领先技术接轨。本作不仅可作为科研机构、理工科高等院校及大专院校师生的研究及教学参考资料，亦可作为工程实践技术人员参考使用之典籍。

前 言

金属塑性成形就是利用金属的塑性，在工具及模具的外力作用下来加工制件的少切削或无切削的工艺方法。由于工艺本身的特点，它虽然有很长的发展历史却又在不断的研究和创新之中，新工艺、新方法层出不穷。这些研究和创新的基本目的不外乎增加材料塑性、提高成形零件的精度及性能、降低变形力、增加模具使用寿命和节约能源等。而“塑性成形原理”正是实现这些目的的基础理论知识；学习该课程的先修课程主要是“材料力学”和“金属学”。

本书以编者多年从事该门学科的教学和科研为基础，结合学科的新近研究成果并参考有关教材编写而成。全书共分5章，另有绪论和附录。主要内容介绍如下：在绪论中讲述了金属塑性成形的特点及其在国民经济中的作用，金属塑性加工的分类，金属塑性成形原理课程的目的和任务，金属塑性成形理论的发展概况；第1章讲述金属塑性成形的物理基础；第2章在介绍塑性成形过程中应力分析、应变分析、屈服条件及应力、应变关系的同时，还对摩擦和润滑做了较详细的介绍；第3章主要介绍主应力法和工程计算法的基本原理和解题步骤；第4章对滑移线场理论做了较为详细的论述，并结合实例介绍滑移线法的应用；第5章在介绍界限法基本概念的基础上，着重阐述上限原理及其应用。为满足教学及自学读者自测的需要，每章都有习题和思考题，书末还附有金属塑性成形原理实验选编及部分该课程硕士研究生入学试题选编。本书主要作为普通高等院校及大专院校相关专业及模具设计制造培训班的教材，也可供工厂企业、科研单位的工程技术人员参考。

本书绪论及第1章、第2章由闫洪教授编写，第3章、第4章、第5章及附录由周天瑞教授编写。本书由南昌航空工业学院王高潮教授主审。在编写过程中，得到了南昌大学杨雪春、邱映辉等教授的支持和帮助，在此深表感谢！

由于编者水平所限，书中的错误和疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

编 者

针对航空发动机、小型无人驾驶机对极小曲率半径管的需求，提出了管材充液剪切弯曲成形新方法。新方法的特点是改变传统弯曲工艺的外侧受拉，内侧受压变形机制为剪切变形机制，解决了传统弯曲工艺外侧严重变薄甚至开裂而不能实现小曲率半径弯曲的难题。通过向管内充入一定内压的液体作为支撑，实时控制液体压力、轴向力和剪切力来调整变形区的应力状态，从而克服了采用芯棒支撑剪切弯曲成形时的内侧起皱和横截面畸变。以塑性力学为基础，给出了充液剪切弯曲过程中剪应力、剪应变的解析式；采用数值模拟和实验研究相结合的方法，系统研究了充液剪切弯曲过程中液体压力、轴向力和剪切力共同作用下的应力应变及塑形变形行为。阐述了管材充液剪切弯曲的缺陷形成机制及临界条件，揭示了管材不同部位在充液剪切弯曲时的塑性变形发生发展过程与应力、应变状态变化、壁厚分布及微观组织变化等规律。为了更加清楚的揭示充液剪切弯曲成形规律，验证剪应力只在侧面分布的假设，进一步抽象和简化所研究的剪切弯曲模型，结合矩形管的应用背景，提出矩形管充液剪切弯曲成形新方法。开展了铝合金矩形截面管充液剪切弯曲成形数值模拟和实验研究，研究了矩形管充液剪切弯曲的缺陷形成机制及临界条件，分析了内压和补料比对缺陷产生的影响；揭示了矩形管不同部位在充液剪切弯曲时的塑性变形发生发展过程与应力、应变状态变化、壁厚分布及微观组织变化等规律。重新设计和制造了矩形截面管的模具，开展了矩形截面管充液剪切弯曲实验，获得了不同条件下的试件，采用网格应变测试技术，获得了弯曲过程中塑形变形行为，为充液剪切弯曲过程中剪应力、剪应变的解析提供实验验证数据。通过对圆管和矩形管充液剪切弯曲成形规律的研究，为管材充液剪切弯曲成形奠定理论基础。 2100433B