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金属薄壁件数控双面渐进成形与减阻技术研究

金属薄壁件数控双面渐进成形与减阻技术研究

作者：张贺沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

板料数控双面渐进成形是在数控程序的驱动下,两个半球形头部刀具沿着板料表面每一侧的预定义轨迹路径移动,通过局部变形的累积得到了板料的最终形状。双面渐进成形凭借其高柔性、良好的成形性以及低成本的特性,在小批量、个性化钣金件... 详细信息

板料数控双面渐进成形是在数控程序的驱动下,两个半球形头部刀具沿着板料表面每一侧的预定义轨迹路径移动,通过局部变形的累积得到了板料的最终形状。双面渐进成形凭借其高柔性、良好的成形性以及低成本的特性,在小批量、个性化钣金件的制造等方面有着明显的优势。因工艺参数的选取对钣金件的成形精度影响较大,故对双面渐进成形工艺的研究是非常必要的。在追求高精度的同时,成形件表面微观形态也是决定材料性能的主要因素,通过对成形工艺进行控制,获得特定的微观形态,以满足特殊的使用性能需求。本文旨在通过双面渐进成形工艺成形高精度钣金件的同时,制备出表面微沟槽结构,提高钣金件的减阻性能,实现对成形件尺寸精度与表面性能的同步控制。本文主要研究内容如下:(1)基于板料弹塑性模型解释了渐进成形的材料变形机理,针对双面渐进成形方法设计成形刀具轨迹。依据板料渐进成形减薄规律计算支撑刀具轨迹,生成双面渐进成形设备数控代码,开发了能生成刀具轨迹点数据的仿真分析软件。选取AA2024-O铝合金作为方锥件的实验材料进行渐进成形试验,提出多道次双面渐进成形工艺方法,探究不同刀具路径策略在不同步距和挤压系数条件下对成形件几何误差、厚度分布以及成形质量等指标的影响,确定了尺寸精度最高的工艺参数组合。(2)为探究成形件的减阻性能,构建了横向和纵向分布的V形结构沟槽。依据平板湍流理论,确定微沟槽尺寸以及计算域大小,选定来流速度范围。通过流体仿真软件分析验证了计算模型的合理性,对横向与纵向沟槽的减阻性能进行对比,分析了影响横向沟槽减阻性能的因素。(3)通过沟槽表面与光滑平面的近壁区流场特性的比对,分析了沟槽的减阻机理,选取减阻效果最佳的微沟槽形式。通过有限元分析软件进行仿真分析,选取在刀具上开设微沟槽的形式进行试验,对比仿真结果与设计精度的差异。采用激光加工方式在刀具头部开设微沟槽,并通过实验验证微沟槽刀具的成形性能,实现对成形件尺寸精度与减阻性能的同步控制。

关键词：双面渐进成形成形精度微沟槽减阻有限元仿真

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铝合金板料数控双面渐进成形工艺优化

铝合金板料数控双面渐进成形工艺优化

作者：李珍沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

板料数控双面渐进成形是一种无模成形工艺,用于小批量、个性化、复杂形状的钣金零件,具有低成本、高柔性、高效率的特点,已经成为制造行业的焦点。双面渐进成形通过位于板料两侧的成形刀具与支撑刀具挤压板料来逐层成形零件所需形状,然... 详细信息

板料数控双面渐进成形是一种无模成形工艺,用于小批量、个性化、复杂形状的钣金零件,具有低成本、高柔性、高效率的特点,已经成为制造行业的焦点。双面渐进成形通过位于板料两侧的成形刀具与支撑刀具挤压板料来逐层成形零件所需形状,然而其工业化进程受到了成形件质量普遍不高,难以成形大壁角、深腔类零件等因素的制约。为了提高成形质量、打破成形壁垒的限制,推动双面渐进成形技术工业化进程的发展,针对双面渐进成形不同工艺参数对渐进成形性能的影响,研究双面渐进成形工艺参数、成形策略及优化是非常必要的。主要工作如下:(1)基于双面渐近成形理论,建立了铝合金数控双面渐进成形仿真模型。依据板料渐进成形减薄规律,计算支撑刀具轨迹,生成双面渐进成形设备数控代码,开展了双面渐进成形实验,对成形件几何精度、表面粗糙度、厚度减薄等指标进行分析。(2)探究了不同工具头直径、步距、挤压因子和三种常见刀具轨迹走向对数控双面渐进成形件成形精度和表面质量等指标的影响。得到了工艺参数选取与成形件质量优劣的规律,为后续双面渐进成形时工艺参数的设置奠定了基础。(3)基于恒定步距研究得出的轴向厚度减薄规律,采用正交实验的方法,对多组可变步距组合进行渐进成形实验。对实验结果的成形效率和质量进行分析;根据实验结果,基于BP神经网络-蚁群算法,优化可变步距,得到最佳步距组合。(4)针对多道次双面渐进成形策略,提出了一种“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略,以方锥件为例,进行仿真分析与实验验证。结果表明该策略可以大幅度减少零件厚度减薄率,使零件厚度分布更均匀,显著提高了多道次双面渐进成形工艺的成形质量。

关键词：双面渐进成形多道次成形策略可变步距

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双面渐进成形数值模拟及实验研究

双面渐进成形数值模拟及实验研究

作者：吴金晗浙江工业大学

学位级别：硕士

板料制件在各个工业部门都有着广泛的应用,但传统的板料成形工艺需要使用模具,其开发周期长、制造成本高、生产耗时久,难以适应小批量、多品种的生产模式。对此,日本学者于上世纪九十年代提出了一种新型板料成形技术——板料渐进成形工... 详细信息

板料制件在各个工业部门都有着广泛的应用,但传统的板料成形工艺需要使用模具,其开发周期长、制造成本高、生产耗时久,难以适应小批量、多品种的生产模式。对此,日本学者于上世纪九十年代提出了一种新型板料成形技术——板料渐进成形工艺。至今,各国学者已对板料渐进成形工艺做了大量的研究,其中较为成熟的单点渐进成形工艺也显示出其成形灵活度高,有助于提升板料成形性能等优点,但同时也暴露出制件成形精度不高、需要简易模具的问题。针对渐进成形这一缺陷,本文着眼于双面渐进成形工艺,提出了两类双面渐进成形加工路径,利用弹塑性理论分析了板料在两类路径下的成形机理,并探讨了双面渐进成形过程的控制原则;同时,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件对工具头的走刀路径进行了工艺规划,针对1060型铝材建立了仿真模型,通过数值模拟对板料在加工过程中的应力应变状态进行了分析,并对比了不同成形路径、厚度条件下制件的成形精度及减薄率;此外,利用渐进成形试验台对板料进行了成形实验,使用三坐标测量仪测量了成形制件的几何参数,以探究板料在双面渐进成形路径下的实际成形性能及精度。仿真数据表明,板料厚度对制件的应力应变状态及减薄率影响并不明显,但1.4mm厚板能使制件获得更高的成形精度;与单点渐进成形工艺相比,双面渐进成形工艺下制件的成形精度更高,而支撑式双面渐进成形路径能使制件获得更高的成形精度和最均匀的减薄率分布,同时也具有较好的应力应变状态;实验结果显示,支撑式双面渐进成形路径下制件的几何轮廓曲线与理想值的偏移量平均值及波动幅度均最小,这与仿真结果相一致,也说明双面渐进成形工艺具有实际应用价值。

关键词：双面渐进成形成形机理成形精度数值模拟实验研究

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走刀轨迹对双面渐进成形几何精度的影响

新技术新工艺 2014年第8期 117-120页

作者：吴金晗王秋成胡海瀚曹江浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

在单点渐进成形(single point incremental forming,简称SPIF)加工过程中,成形刀具与夹具间的板料因得不到有效支承而发生翘曲,卸载后板料易回弹,影响制件的成形几何精度;因此,提出了2种新型双面渐进成形(double sided incremental form... 详细信息

在单点渐进成形(single point incremental forming,简称SPIF)加工过程中,成形刀具与夹具间的板料因得不到有效支承而发生翘曲,卸载后板料易回弹,影响制件的成形几何精度;因此,提出了2种新型双面渐进成形(double sided incremental forming,简称DSIF)走刀轨迹,分析了2种轨迹下板料单元的应力和应变状态,并借助有限元分析软件模拟了板料的成形过程,进一步比较了不同走刀轨迹下制件的成形几何精度。仿真数据表明,与单点渐进成形相比,这2种双面渐进成形走刀轨迹能有效改善制件的成形几何精度。

关键词：双面渐进成形走刀轨迹几何精度数值模拟

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渐进成形中的材料变形及断裂机理研究

渐进成形中的材料变形及断裂机理研究

作者：艾胜上海交通大学

学位级别：硕士

渐进成形工艺由于其所具有的柔性而在近来受到研究人员和工业的特别关注。研究人员通过实验、有限元模拟和建立理论模型等方法来分析渐进成形,但是并没有对其失稳和断裂的机理以及临界条件给出比较满意的答案。为了完善对渐进成形的理解... 详细信息

渐进成形工艺由于其所具有的柔性而在近来受到研究人员和工业的特别关注。研究人员通过实验、有限元模拟和建立理论模型等方法来分析渐进成形,但是并没有对其失稳和断裂的机理以及临界条件给出比较满意的答案。为了完善对渐进成形的理解,本文通过建立理论分析模型并结合实验做了以下探究:首先,本文考虑了弯曲效应和拉伸效应对单点渐进成形中板料的应力分布的影响,并基于力平衡关系建立了单点渐进成形过程中的失稳模型,根据该模型探究了材料硬化和弯曲效应对单点渐进成形成形极限的影响。然后,本文通过实验建立了铝合金AA1100和AA5052两种材料的失稳/断裂极限图,比较了不同材料在常规成形技术下的、失稳模型所预测的和渐进成形下的成形极限,结合材料在不同变形状态下的断口形貌,分析了不同材料在单点渐进成形中的失稳/断裂机理。最后,本文在单点渐进成形失稳模型的基础上考虑了辅助工具头的影响,建立了双面渐进成形的失稳模型,根据失稳模型分析了辅助工具头的存在对成形极限的影响并通过实验验证了这一分析。

关键词：单点渐进成形双面渐进成形变形机理断裂机理