小型低速直流式风洞的总体和结构设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计（论文）英文翻译 题目：金属成形 旋压过程的分析专业名称班级学号学生姓名指导教师材料加工技术学报 103（2000）114-119金属成形：旋压过程的分析爱尔兰.达布林 .Tallagh 技术研究院机械工程研究室爱尔兰.达布林.Trinity 学院机械制造工程研究室摘要：旋压经常用来制造那些冲压工具不能够适合其尺寸及体积的轴对称形状的工件。旋压同时也有能力生产那些深冲压无法生产出来的部件。在这篇论文中所提到的旋压就是不产生厚度变化的旋转成形过程。它生产出的成品的厚度与毛坯的几乎一样。通过改变形状把毛坯变成所需要的产品的方法通常有旋压和冲压这两种。一个金属零件的冲压过程会受到其材料韧性的限制。与工件旋压成形有关的更多是其压应变和由于弯曲断裂和拉断所引起的成形极限。以前的作者作了许多关于旋压方面的研究。这些研究分析主要强调的是旋压加工过程的局限性。有一个关于旋压的分析介绍了不同旋压技术产生不同的应变而硬气极其不同的结果的情况。这些实验结果对分步旋压操作的基本原理作出了解释。这次实验所用的材料是轻规格的铝板材。 （Al99.0-Werkstoff 30205.材料条件 HH， 0.2%屈服强度 110MP）关键词汇：金属旋压，普通旋压，剪切成形，旋转锻造1、引言这篇论文分析的是由旋压生产的一个简单的实验形状的产品。这个旋压成形实验选用了多种不同直径的毛坯。据研究，旋压的理论应变是在两种理想化的模式下产生的。第一种是等厚度旋压过程；第二种则是纯剪切成形过程。在加工过程中其周向应变为 0，而径向的任意单元的位置是保持不变的，这种成形过程 Kobayashi1称为剪切成形4 或者是旋转锻造。相反地，成形过程中，径向的任意单元的位置产生很大的变化的成形过程则称为普通旋压。在普通旋压过程中，从毛坯到成品，其厚度保持不变。从图 1 中我们可以清楚地看到分步旋压的工作原理。由于外围半径的减少产生周向压应变和径向拉应变，因此每次旋压后都会产生凸缘。由此可以认为板厚是不变的。从图 1 中所示的成形情况可看出，周向应变 h 是压应变，而径向应变 r 是拉应变（也就是说圆盘所受的应变相切于板面，方向与旋转轴背离） ，厚度方向的应变 z 为 0。2、实验所选择的形状我们选择一种简单的零件形状在各种不同的成形条件中进行实验。此零件形状是一直径为 100mm 的圆筒与半径 95mm 的球状表面通过半径 17mm 的圆角连接而成。这个形状与研究普通旋压5的转动力所用的形状相似。同时实验仍需要一个附带有 20mm 长的中心平板的钢制模型，以便使顶针座与模型夹紧毛坯。生产这个零件时所产生的应变可以认为是在两种模式的理论过程中产生的：（1）剪切成形 ,（2）等厚度变形 （如图 2） 。2.1 剪切成形在剪切成形过程中，我们可以假设一个距旋转轴任意距离 Rn 的单元。根据选择的工件形状，该单元变形取决于它在球面的位置或者是圆角半径。如果该图 1.连续旋压步骤单元所处的表面的法线与旋转轴所成的角度为 ，毛坯的厚度为t，那么剪切成形后，该单元的厚度为 tcos 。当剪切成形时，工件的径向位置是保持不变的。也就是说距旋转轴的垂直距离 Rn 是不变的。由此可知，每个圆环单元的周长 2Rn 也是不变的，如果每个单元的周长是固定的，那么其周向应变 h 就是 0。如果现在假设体积不变，那么必定存在一个垂直于厚度应变方向的应变。因为h 为 0，所以这个应变必定在径向产生。我们用 dr 表示这个应变。厚度的变化量为 tcos-t，由此可得到化简后的厚度方向的应变t 为(tcos -t)/t 或者 cos-1。由体积不变定律可知工程应变 3中(1+r)(1+t)(1+h)=1 。由于 h=0 ，我们可以写成(1+r)(1+t)=1。代换掉 t 后，我们可以写成 (1+r)(1+ (cos-1)=1 。于是我们可以计算出 r。由体积不变条件，我们可以计算出相应的垂直应变 r=(1/cos )-1。2.2 等厚度成形为了核定产生的应变，我们在毛坯中假定任意一块半径为 r 的部分，则这部分毛坯的体积为 ,t 表示毛坯的厚度。接下来假定这个体积的金属成形的最后形状。它的体积可由计算得出， 为锥角，R 为所需的形状的球体部分的半径即 95mm.因为这个任意部分的体积可由（i）得出。从上面的公式可以解出 ，工件的这个部分周围的半径可由 Rsin 计算出。周向应变现在可以考虑了。假定部分的原始周长为 2r，而新的周长为 2Rsin，因此可得到的周向应变为(2 Rsin-2r)/2r 或者(Rsin-r)/r。这种方法只适用于工件的球体部分。对于工件中球体与筒体之间圆角半径为 17mm 的部分的也可以用相似的计算方法计算，但是计算时需要考虑到复杂的几何学。这个环行部分的内径 r 和外径R 都是已知的，其值分别是 17 和(95-17)sin 1。相应地，1 是工件球体部分的限制角。在 1 和 2 之间的环行部分的体积（见图 4）为 图 2.两个不同的旋压过程图 3.剪切旋压中的厚度减少量以旋转轴为半径长度现在为 R+rsin2，因此径向应变的值可以再次计算出来，图 5 中显示出，纯剪切成形和等厚度旋压过程中理论应力增加的情况。这些理论曲线可以用来与实验结果作比较。等厚度旋压中产生的周向压应力的计算在一次旋压过程中不能那么容易地完成。等厚度旋压是一个通过径向拉应力与周向压图 4.等厚度旋压图 5.径向的应力分布应力的结合作用使金属流动的过程。在滚轮与未变形的凸缘之间的工件部分的弯曲应力回变大，实际上，等厚度旋压是是一个分步多次旋压过程。然而，在剪切成形中，金属流动是靠旋轮与模型对工件的定向挤压实现的。尽管剪切成形中的应变绝对值很大，但是一般只需要一次旋压即可生产出所需要的形状。剪切成形中，每个单元的半径位置没有发生变化，也就是说单元距旋转轴。图 6.板厚减少引起的拉裂的垂直距离是不变的。尽管与表面相切的径向应变可能会很大，我们可以认为它与厚度的减少相反。从图中可以看出，当把一块平板旋压成圆筒状时，其厚度减少量为 0。实际上，因为旋轮半径的原因，图 2 中所给出的锐角不会出现的。图 6 所示就是实际的实验结果，从图 6 中可以知道钢板已经达到了一个明显的成形极限。3、实验工作如先前所描述的，实验所用的是一个半径为 95mm 的球状经过半径为 17mm 的圆角与直径为 100mm 的圆柱体连接在一起的球体。其尺寸是由一个可塑的钢铁模型来决定的。车床的动力来自一台功率为 250W 的发动机。这台发动机使主轴的转速达到 450 转/分。车床本身只是一台用来加工软材料（木材）的手制机床。机床的作用是用来为旋压工具提供旋轴支持的。图 7.旋压 0.5mm 所用的工装设备实验中还使用了可塑钢铁制成的旋轮和尼龙 66，后者的效果更好。因为它使工件开槽的趋势更小，因此更容易得到一个均匀的成品。应变的大小可以由以下方法获得。旋压前先在毛坯表面上划一道以知尺寸图 8.划线所用部分的模型的线段，旋压后再测量一下旋压前所划的长度，这样就可以得出应变的大小。这个测量工作可用 BatyR400 投光器来完成。实验中还会用到多种不同直径的毛坯。图 8 中所看到的工件是用直径 136mm 的毛坯旋压而成的。由于它产生的凸缘强度太大而导致工件不易成形。虽然小毛坯旋压成工件在完全成形方面没有困难,但是它不能形成圆筒部分半径为 17mm 的圆角。这就会在旋压过程中出现一些困难。因此我们选择直径为 115mm 的坯料作进一步的研究。我们将分析两种特定条件下的旋压工件。第一种是单次旋压直径为 115mm图 9.单次和多步旋压产生变形的比较的毛坯得到的产品。第二种是对同样尺寸的毛坯进行完全成形的产品。图 9 给出了在各个条件下的变形分布图。图 10 中所给出的是实际测量的应变与前面图 5 中的理论
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