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大型厚板曲面件的多点成形仿真

沈阳航空航天大学学报 2024年第1期41卷 9-17页

作者：刘宝明刘璐宋国秋韩志仁沈阳航空航天大学工程训练中心沈阳110136 沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 沈阳飞机工业(集团)有限责任公司工程技术中心沈阳110850

传统的厚板曲面件制造方法存在着成本高、效率低等问题,多点成形技术为这一问题提供了解决方法。但多点成形技术又因为回弹导致工艺参数难以确定使实验操作次数增加,降低成形效率。为了提高成形效率,采用ABAQUS有限元软件模拟与实验相... 详细信息

传统的厚板曲面件制造方法存在着成本高、效率低等问题,多点成形技术为这一问题提供了解决方法。但多点成形技术又因为回弹导致工艺参数难以确定使实验操作次数增加,降低成形效率。为了提高成形效率,采用ABAQUS有限元软件模拟与实验相结合的方法进行板料成形的研究与分析。首先,利用有限元软件进行三维建模并模拟板料的成形过程;然后,通过对模拟结果的分析进行模具型面的补偿修正;最后,利用修正后的模具型面进行实验操作,获得了符合要求的零件。对修正后的型面进行成形实验可以减少操作次数,提高实验的成形效率,为后续的研究提供参考。

关键词：厚板曲面件多点成形 ABAQUS 模拟成形三维建模

多点成形曲面件端部效应的数值模拟及试验研究

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多点成形曲面件端部效应的数值模拟及试验研究

作者：王超宇吉林大学

学位级别：硕士

随着社会的不断发展,人们对于出行的便利化程度更加关注,汽车、轮船、航天技术的发展不断走向大众的视野,产品制造业不断更新技术,提高产品质量、提升产能以此来获得更大的行业竞争力。金属板料应用广泛,板料的成形一直是工业生产的重... 详细信息

随着社会的不断发展,人们对于出行的便利化程度更加关注,汽车、轮船、航天技术的发展不断走向大众的视野,产品制造业不断更新技术,提高产品质量、提升产能以此来获得更大的行业竞争力。金属板料应用广泛,板料的成形一直是工业生产的重中之重。传统的板料成形使用整体模具冲压成形,其模具生产和调试相对困难,只适用于大批量生产,对于小批次、个性化需求的板料其整体模具成形无法满足快速成形、节约成本的要求。柔性多点成形是相对于传统板料成形方式的重大突破,其使用离散化的思想,将传统模具型面离散成单独的单元体,通过单元体的组合形成包络面来代替整体模具,减小了整体模具的生产和调试周期,极大提高了生产效率。板料在成形时往往会出现各种成形缺陷,对于板料的成形缺陷一直是无数工程技术人员想要解决的重大问题。本文主要对板料弯曲成形过程中出现的端部异常变形进行研究,针对此现象,提出了端部效应的概念。利用多点成形技术对此现象的出现进行了原因分析和试验验证,并对一些板料成形的影响因素设计有限元数值模拟试验,研究各个因素对端部效应的影响,为以后的研究分析提供一定的基础。主要研究内容和结论如下:（1）探讨多点成形原理和板料数值模拟概况,阐述板料成形有限元理论和多点成形数值模拟理论,以成形柱面件为例建立多点成形有限元模型,探讨各参数的具体设置。（2）通过多点模具成形和整体模具成形两种方式来对板料进行柱面件弯曲成形,由数值模拟结果可知:两种成形方式下的板料在加载和卸载后,提取的轴向（即长度方向）的中轴线都表现端部效应。通过分析形成此现象的原因为:板料在弯曲变形中周向（即宽度方向）各处变形程度不同,由于板料在成形过程中会伴随着板厚的减薄、长度方向材料的伸长和中性层的内移,周向的端部小变形区域伸长量较少就会限制中部大变形区材料的伸长,且板料内外表面受到的拉压应力不同也会导致内外表面的材料伸长量不同,在这些因素的共同作用下成形件就表现出了两端部异常拱起的端部效应。（3）对板料弯曲成形中出现的端部效应进行多点成形试验验证,其结论为:提取的试验件曲线表现出宏观的端部异常拱起现象,且试验件曲线数值与数值模拟所提取曲线的数值相吻合,误差在规定范围之内,端部效应得到试验验证。（4）通过对成形不同曲率半径的成形件进行分析可得,随着曲率半径的增大,成形件在下压时全部表现出端部效应,最大值的数值变化与曲率半径的数值成反比关系,且端部效应在长度方向上的影响范围占整体成形件长度（1500mm）的2/3,对板料的成形有较大影响;成形件回弹后,在一定的曲率半径范围内,其表现的端部效应最大值仍然是与曲率半径成反比关系,且其长度影响范围同样占据成形件长度（1500mm）的2/3,但是随着曲率半径增大到一定的程度,成形件的整体变形较小,成形件不再出现端部效应表现出了弯曲变形的翘曲现象。（5）通过对不同厚度的成形件进行成形分析可得,保持曲率半径等其他条件不变,随着厚度的增加,相对弯曲半径减小,板料弯曲变形程度不断增大,成形后提取其中轴线处的曲线,均表现出端部效应,且其高度最大值随着板厚的增加不断增大,端部效应在长度方向影响区域也不断增加直至达到各距边缘500mm左右位置,其影响区域同样占整块板料长度（1500mm）的2/3左右。（6）通过对不同长度的成形件进行成形分析可得:当板长小于端部效应的影响长度时,成形件完全表现成翘曲现象;当板长增大到与端部效应相同的长度时,其完全表现出端部效应,中部区域无平直部分;当板长继续增加,其表现出端部拱起中部平直的端部效应;当板长增加到一定的范围后,成形件中部表现出翘曲现象,端部同样出现拱起的端部效应。整体分析可知随着板长达到端部效应的影响区域,板料越长端部效应高度值越大,长度到达一定程度板料不仅在端部表现出端部效应同时在板料中部表现出翘曲变形,且翘曲程度同样随着板长不断增加。

关键词：板料成形多点成形端部效应数值模拟翘曲有限元

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基于立方压头的多点成形数值模拟研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2022年第6期46卷 1025-1028页

作者：周翔宇于洋俞峰胡勇武汉理工大学教育部船舶技术高性能重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 江南造船(集团)有限公司上海201913

针对可重构模具冲压成形,建立完全倒圆角立方压头模型、立方压头模型和不完全倒圆角立方压头模型,在相同的加工条件下,对三组双向曲率半径不同的帆形板进行多点成形数值模拟实验.通过对比三种压头模型分别冲压得到的板材厚向应变绝对值... 详细信息

针对可重构模具冲压成形,建立完全倒圆角立方压头模型、立方压头模型和不完全倒圆角立方压头模型,在相同的加工条件下,对三组双向曲率半径不同的帆形板进行多点成形数值模拟实验.通过对比三种压头模型分别冲压得到的板材厚向应变绝对值最大值和厚向应变波动幅度,得到不完全倒圆角立方压头抑制板材压痕效果更加显著、且压头圆平面半径在35 mm左右时抑制压痕效果最显著的结论.

关键词：多点成形压头模型压头圆平面半径数值模拟厚向应变压痕

铝合金曲面构件回弹补偿及分段多点成形模拟研究

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铝合金曲面构件回弹补偿及分段多点成形模拟研究

作者：邵涵吉林大学

学位级别：硕士

近年来,工业技术高速发展,金属曲面件尤其是铝合金曲面件被广泛应用于航空航天、工程建筑、汽车与船舶制造等行业领域。铝合金曲面件往往通过整体模具压制而成,可以进行大批量生产加工。但随着现代制造技术正逐步从传统的大批量生产转... 详细信息

近年来,工业技术高速发展,金属曲面件尤其是铝合金曲面件被广泛应用于航空航天、工程建筑、汽车与船舶制造等行业领域。铝合金曲面件往往通过整体模具压制而成,可以进行大批量生产加工。但随着现代制造技术正逐步从传统的大批量生产转变为小批量、数字化生产,整体模具设计周期长、制造和维护成本高、通用性差等缺点愈发凸显,无法满足日益提升的对具有复杂形状特征且尺寸差异较大的铝合金曲面构件的需求。因此,多点成形技术脱颖而出。作为一种快捷高效的柔性成形技术,多点成形通过可调整的模具型面,实现对各种具有复杂形状特征且尺寸差异较大的曲面构件的成形。与传统的整体模具成形相比,多点成形技术节约了模具设计的时间,降低了制造和维护成本,极大地提高了生产效率。虽然多点成形技术相较于整体模具成形具有较大的优势,但在多点成形过程中曲面构件的回弹问题依旧存在,并且大型曲面构件分段多点成形的应用仍然较少,所以如何进行有效的回弹补偿以及如何设计合理的分段成形工艺参数是本文的研究重点。针对耐腐蚀性铝合金曲面构件的多点成形过程,本文结合有限元数值模拟对回弹补偿和分段成形工艺进行了研究:(1)对多点成形的基本原理和发展过程进行了介绍,同时概述了分段多点成形的发展、多点成形回弹研究现状以及多点成形数值模拟概况。(2)对板材成形理论和有限元分析理论进行了研究,并探讨了有限元数值模拟算法的选择,为后续多点成形数值模拟奠定了理论基础。(3)针对新型耐腐蚀性铝合金船舶用曲面构件多点成形过程回弹较大的问题,研究了回弹补偿计算公式和多点模具型面补偿方法。通过回弹补偿方法对耐腐蚀性铝合金曲面构件多点成形过程进行了数值模拟,从两条变曲率边线和两条对角线共四个特征位置轮廓线对比分析补偿前后曲面构件的回弹情况;进行了多点成形试验,使用激光扫描仪对试验件进行扫描以获取点云数据构建三维模型,并与回弹补偿后的模拟件以及目标件进行了综合对比,检测成形精度。结果表明:回弹补偿后的模拟件及试验件与目标件形状几乎吻合,有效地补偿了耐腐蚀性铝合金曲面构件多点成形过程的较大回弹量,误差明显减小,较好地实现了目标形状所具有的变曲率特点,符合船舶用件的工程要求,为曲面构件回弹研究及其补偿提供了参考方案。(4)对耐腐蚀性铝合金大型曲面构件的分段多点成形过程进行了数值模拟分析,从应力、应变、成形精度三个方面研究了六种不同过渡区长度设计以及有、无过渡区曲率协调设计对分段多点成形结果的影响,以优化得到合理的分段成形工艺参数。结果表明:合理设计过渡区长度可以减缓分段多点成形过程中所产生的剧烈变形,在兼顾较高生产效率的同时,保证一定的成形质量和精度;在合理设计过渡区长度的基础上进行过渡区曲率协调设计则能进一步提高分段多点成形分界处的精度,抑制成形缺陷的产生,从而提高耐腐蚀性铝合金大型曲面构件的成形质量和精度。

关键词：多点成形铝合金数值模拟回弹补偿分段成形

铝合金大变形曲面件多道次设计及其多点成形模拟研究

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铝合金大变形曲面件多道次设计及其多点成形模拟研究

作者：张忠峰吉林大学

学位级别：硕士

金属的板材成形在航天、汽车、船舶制造领域有着广泛的应用。三维曲面零件的成形主要是依赖整体模具冲压完成,伴随着产品发展转向多样化和小批量生产,整体模具的设计周期长、制造成本高、通用性差的缺点日益凸显,针对此问题,多点成形工... 详细信息

金属的板材成形在航天、汽车、船舶制造领域有着广泛的应用。三维曲面零件的成形主要是依赖整体模具冲压完成,伴随着产品发展转向多样化和小批量生产,整体模具的设计周期长、制造成本高、通用性差的缺点日益凸显,针对此问题,多点成形工艺优势明显。多点成形运用离散化思维使用相互独立、高度可调的基本体冲头点阵替代整体模具,在计算机系统的控制下调整冲头高度,得到由冲头包络面组成的成形面。与传统的整体模具相比,多点成形设备成形面可调,通用性好,节省了大量的时间和物质成本,目前已经应用到多个工程领域。本文对比了薄板成形常用的整体模具冲压成形和多点成形方法,分析了两种成形方法应用的范围和各自的优势。基于金属材料的塑性成形理论和有限元理论,建立了板料多点成形有限元分析模型,包括几何模型建立、材料模型选取、边界条件的设定、单元类型的选择和网格的划分,阐述了回弹计算方法和多道次多点成形的建模方法。本文以大变形双曲构件为研究对象,针对其回弹严重、成形困难的问题,给予回弹补偿并应用多道次成形工艺。对目标零件进行一、二、三、四道次多点成形数值模拟,对比零件在不同成形路径下多道次多点成形的质量和精度,找到目标零件的最佳成形路径。详细分析了四道次成形零件的成形质量和回弹规律,通过实验验证了四道次成形能够有效抑制起皱、回弹,获得成形质量较高的双曲曲率曲面构件。以大变形双曲构件为研究对象,设计了三条四道次多点成形路径,成形路径依次符合dy/dx=0、dy/dx>0、dy/dx成形路径函数分别是线性函数、指数函数、对数函数。通过有限元数值模拟对双曲构件沿三条路径的多道次多点成形过程进行了仿真,分析了三条路径成形曲面零件的质量和精度,结果表明:对数路径成形零件的成形质量最好,应力分布最均匀,回弹得到了良好的控制,成形精度高。

关键词：多点成形多道次成形数值模拟双曲率变曲率成形路径

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多点成形过程中基本体群调形技术

机械工程学报 2008年第1期44卷 150-154页

作者：裴永生彭加耕李明哲燕山大学车辆与能源学院秦皇岛066004 吉林大学辊锻工艺研究所长春130025

介绍多点成形压力机中基本体群的调形技术与多点成形过程。以Passat1.8T轿车顶盖为例,运用逆向工程技术重构出轿车顶盖的三维曲面数学模型,在此基础上利用多点成形CAD软件系统计算出各基本体与轿车顶盖的三维曲面相互接触的高度数据,形... 详细信息

介绍多点成形压力机中基本体群的调形技术与多点成形过程。以Passat1.8T轿车顶盖为例,运用逆向工程技术重构出轿车顶盖的三维曲面数学模型,在此基础上利用多点成形CAD软件系统计算出各基本体与轿车顶盖的三维曲面相互接触的高度数据,形成基本体群的高度数据文件,再将此数据文件传送给多点成形CAM软件系统,从而通过对各基本体的控制,调整一系列规则排列的基本体的高度,形成轿车顶盖的三维曲面的包络面。对轿车顶盖进行多点成形的试验研究为多点成形技术在汽车覆盖件冲压成形过程中的应用奠定了基础。

关键词：轿车顶盖逆向工程多点成形 CAD/CAM软件系统

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多点成形过程中弹性介质对成形质量的影响

哈尔滨工业大学学报 2005年第2期37卷 194-197页

作者：李雪李明哲蔡中义吉林大学辊锻工艺研究所吉林长春130025

应用动态显式有限元算法对使用弹性介质的多点成形过程进行数值模拟研究,分析成形过程中产生的压痕缺陷. 弹性介质的厚度和弹性模量等参数是影响成形性能的重要因素;对不同厚度和弹性模量的弹性介质在成形过程中对压痕的抑制作用进行对... 详细信息

应用动态显式有限元算法对使用弹性介质的多点成形过程进行数值模拟研究,分析成形过程中产生的压痕缺陷. 弹性介质的厚度和弹性模量等参数是影响成形性能的重要因素;对不同厚度和弹性模量的弹性介质在成形过程中对压痕的抑制作用进行对比分析,探讨合适的弹性介质参数.

关键词：多点成形数值模拟弹性介质压痕

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多点成形冲头动态接触压力仿真分析

农业机械学报 2010年第10期41卷 223-226页

作者：陈雪李明哲付文智龚学鹏吉林大学无模成形技术开发中心长春130025 北华大学机械工程学院吉林132021

采用弹塑性有限元法,建立多点模具复杂多接触面的力学模型,对不同材料、不同厚度和不同曲率半径的球形件多点对压成形过程进行数值模拟,分析了冲头最大接触压力的变化过程及其影响因素。结果表明:材料的弹性模量和屈服强度越大,成形件... 详细信息

采用弹塑性有限元法,建立多点模具复杂多接触面的力学模型,对不同材料、不同厚度和不同曲率半径的球形件多点对压成形过程进行数值模拟,分析了冲头最大接触压力的变化过程及其影响因素。结果表明:材料的弹性模量和屈服强度越大,成形件的板厚和变形量越大,所需的成形力就越大,所以冲头的接触压力就越大。

关键词：多点成形冲头接触压力数值模拟

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多点成形中的柔性压边技术研究

塑性工程学报 2006年第2期13卷 32-35页

作者：付文智李明哲邓玉山李湘吉吉林大学无模成形技术开发中心长春130025

对于薄板类零件而言,无论是利用整体模具成形还是多点成形,影响成形零件质量的关键因素是起皱。为了防止薄板类零件成形过程中产生起皱,尽量提高薄板类零件的变形量,研制了一种适合于多点成形的新型柔性压边装置,依据成形件的工艺特点... 详细信息

对于薄板类零件而言,无论是利用整体模具成形还是多点成形,影响成形零件质量的关键因素是起皱。为了防止薄板类零件成形过程中产生起皱,尽量提高薄板类零件的变形量,研制了一种适合于多点成形的新型柔性压边装置,依据成形件的工艺特点、变形大小、材料特性及其弹性模量和成形零件形状,可以确定压边力的大小,且与板料直接接触的柔性压边圈随成形零件的形状不同而有所变形。介绍了多点成形压力机专用的柔性压边装置的工作原理、工作过程、布置结构、力学分析、成形力及压边力的计算。阐述了实际使用过程中的压边力和成形力的调节方法及柔性压边力,实现了数字无级调压,通过调节柔性压边力,明显改善了薄板类零件的成形质量。

关键词：多点成形基本体板材压边力