U形金属波纹管鼓胀式成形工艺研究.docVIP

PAGE 硕士学位论文 U形金属波纹管鼓胀式成形工艺研究 U shaped metal bellows type bulging forming technology research 哈尔滨工业大学 2013年 月 中图分类号：V241.5 学校代码:10213 UDC：681.513 密级：公开 硕士学位论文 U形金属波纹管鼓胀式成形工艺研究 硕士研究生： 导师： 申请学位： 工程硕士 学科、专业： 控制科学与工程 所在单位： 航天学院 答辩日期： 2013年 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 PAGE I Classified Index: V241.5 U.D.C: 681.513 Dissertation for the Master’s Degree in Engineering U shaped metal bellows type bulging forming technology research Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Control Science and Engineering Affiliation: School Date of Defence： , 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 U形金属波纹管凭借其可靠的密封、耐压、抗腐蚀以及抗屈曲等特性，成为一种非常重要的密封功能性原件。在航空航天领域中，系统对U形金属波纹管的性能、精度以及使用寿命的要求都非常高，除了使用机械性能极佳的金属材料了制造波纹管外，波形参数的选取以及高效的波纹管成形工艺，就成为非常关键的环节。 本文以U形金属波纹管鼓胀式成形工艺为主要研究对象，对U形金属波纹管的设计理论基础进行介绍的基础上，全面研究了其鼓胀成形过程数值模拟计算的基本理论和方法。在此基础上，运用LS-DYNA软件，对四种不同壁厚管胚鼓胀成形过程的有限元模拟进行了深入研究及，发现刚性模鼓胀成形过程稳定，成形波纹外形光滑完整；不同壁厚的波纹管在鼓胀成形过程中，其刚性的膜片刀具上所受到的阻尼具有相类似的非线性变化规律，且在相同的鼓胀成形速度下，阻尼随着管胚壁厚的增加而增大。但同时，若仅进行一次鼓胀成形过程，在膜片张开所成的空隙处，存在无支撑的区域，从而造成成形的U形波纹存在细微的凹陷；而且当膜片刀具回收卸载时，管胚材料会出现回弹现象，会严重影响到加工精度。所以鼓胀成形过程必须减少或避免材料的回弹。 本文特别提出了管胚壁厚D、波高差值、成形过程最大阻力以及鼓胀速度v等4个U形金属波纹管鼓胀成形工艺的主要参数，并对各个参数本身以及其对鼓胀成形质量和精度的影响进行了分析；基于非线性回归理论，得到了成形过程最大阻力关于管胚壁厚D以及鼓胀速度v之间的多项式；依照遗传算法的基本理论和问题优化研究方法，利用Matlab程序，得到了最大阻力关于管胚壁厚D以及鼓胀速度v的优化模型，并将其改进为在不同管胚壁厚D选择最佳鼓胀速度的模型。 提出管胚壁厚D为2.5mm 的U形金属波纹管鼓胀成形工艺的优化方案为：采用八片膜片刀具、两次换向成形，膜片成形保持时间设置为1s，鼓胀速度为13.75mm/s；通过对优化方案进行数值模拟研究及结果分析，发现其成形过程最大阻力为XXXKN，波高差值为XXXmm，达到预期的成形质量和精度，优化方案合理可行。 关键词：U形金属波纹管；鼓胀成形；非线性回归；遗传算法；优化研究 Abstract U -shaped metal bellows seal , with its reliable , pressure , corrosion-resistant and anti- buckling characteristics , becoming a very important feature of the original seal . In the aerospace sector , the U -shaped metal bellows for performance, accuracy and service life requirements of the system are very high, in addition to the use of excellent mechanical properties of metallic