螺旋式钢板仓辊弯成型工艺参数优化及数值模拟研究

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钢板仓是一种立体式的仓储容器,广泛应用于粮食行业、酿造行业和饲料行业,根据加工类型可将钢板仓分为两大类:波纹板焊接式钢板仓和螺旋卷边式钢板仓。螺旋卷边式钢板仓由螺旋式钢板仓成型设备加工,卷边后的凸筋是钢板厚度的5倍,并且仓体内壁会焊接竖向加强筋(槽钢),这使得仓体的整体强度更高。成型工艺参数会直接影响到筒仓的质量,本文针对50型螺旋式钢板仓成型设备在试运行阶段中出现的工程问题进行了分析,优化了成型工艺参数和参数配置,满足了3~5mm厚度镀锌钢板的成型,成型质量获得了较大提升,突破了行业内最大加工厚度为4mm的瓶颈,使国内螺旋式钢板仓的加工技术水平得到进一步提升。本文的主要研究内容如下:(1)基于显式动力学对板料成型的过程进行了数值模拟仿真,得到了需要优化的成型工艺参数,揭示了板料成型过程的机理。对板料成型过程中的等效应力进行了研究,建立了等效应力和成型力载荷之间的关系,证明了等效应力在一定程度上可以反映出成型力载荷的变化。基于能量法对板料的成型道次数进行了研究,得出道次数与板料成型时的总内能呈反比的关系;研究了板料成型过程中总内能和变动系数之间的关系,得出了在基于辊式成型弯曲角度分配函数对边Ⅲ的成型角度进行重新分配时,变动系数应取负值的结论。(2)基于正交试验设计法,对弯角半径、道次间距和变动系数三个成型工艺参数进行了研究。通过极差法和方差法对仿真结果进行数据处理,分别以弯角应力和内能最小为优化目标,得出了两组较优的试验参数配置。对这两组较优试验组进行了追加试验,分别对比了弯角应力和内能的大小;引入了能量增长率对板料的成型过程进行了解释,综合两个较优试验组的弯角应力、内能以及能量增长率峰值变化情况,最终确定工艺参数配置为:道次间距取340mm,变动系数κ取-4,弯角半径取11mm。(3)对不同厚度板料在优化的工艺参数配置下成型的质量进行了研究。基于标定单元位移法,得到标定单元在全局坐标系中的位置坐标,对板料成型后的断面尺寸和延伸率进行了验证。(4)搭建实验平台,验证理论研究结果的正确性。对设备运行过程中的压力载荷进行数据采集,发现力载荷与仿真的等效应力有相同的变化趋势。对板料成型后的断面尺寸进行了测量,虽然实际尺寸与理论设计值有一定的误差,但卷边效果良好。测量了成型设备的各工位电流,结果表明工艺参数优化后的电机电流小于初始方案的电机电流。实验证明了本文的工艺参数优化结果具有一定的合理性,对后续的成型设备开发具有指导意义。
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