深腔阶梯特征和开放特征钣金件渐进成形回弹控制与补偿研究
发布时间：2021-02-06 20:48
板料渐进成形是一种新型的无模成形技术,成形过程灵活,适用于小批量、多品种的钣金件成形。与传统的冲压工艺相比,复杂构件的成形精度低是制约渐进成形技术发展的瓶颈问题。因此,如何减小钣金件渐进成形中的几何偏差,是目前研究的热点。本文在国家自然科学基金项目（U1737210）的支持下,研究了两种常见特征钣金件渐进成形的几何精度;依次通过工艺参数优化、基于特征的多道次成形路径优化和几何反向补偿三种策略,提高了阶梯特征和开放特征钣金件的几何精度,对复杂钣金件渐进成形的几何精度研究有一定意义。本文取得了研究成果如下:采用正交试验和方差分析方法,系统研究了工具头转速、工具头直径、进给速度和轴向进给量对阶梯特征钣金件几何精度的影响,确定了最优的工艺参数组合:工具头无自转运动,工具头直径5mm,进给速度3000mm/min,轴向进给量0.15mm。根据阶梯特征钣金件的形状和偏差产生原因,设计了合理的中间构型:阶梯侧面成形顺序先于阶梯平面;第一道次的拐角处设置大于20°的角度差;所有道次成形过程中,工具头远离弱刚度区域。该中间构型多道次成形的整体偏差减小了50%左右。基于反向补偿的多道次成形的整体偏差进一步...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
踝部矫形器的渐进成形[6]
上海交通大学硕士学位论文-6-图1-3等层间距与等扇贝高度的关系Fig.1-3TherelationshipbetweenstepdownandscallopheightMalhotra等[15]提出了一种三维螺旋轨迹自动生成的方法，可用于对称和非对称零件的成形。实验表明，新的螺旋轨迹相较于商业CAM软件生成的轨迹有更好的几何精度和表面质量，同时减少了成形时间。Behera等[16]利用多元自适应回归样条(MARS)作为偏差预测工具，为单个特征和特征组合生成连续的偏差响应曲面，从而提高偏差预测精度。研究表明，响应面的预测偏差小于0.3mm。利用预测的响应面生成补偿的优化刀具路径，显著提升渐进成形精度Attanasio等[17-18]分析了等层间距轨迹和等扇贝高度轨迹对成形件性能的影响，实验表明等扇贝高度轨迹的渐进成形具有更好的表面质量和几何精度。Malyer[19]通过7种不同成形轨迹策略对四棱台零件进行成形，结果表明成形轨迹对成形件的表面质量、几何精度和成形时间有影响。Lu等[20]提出了一种根据指定关键边生成的非平面轨迹路径生成算法，该路径生成包括三个关键步骤：确定关键边、测定轮廓密度和生成轨迹。实验结果表明该轨迹可以改善钣金件表面质量、几何精度，减少成形时间。Khan[21]基于数据挖掘提出IPM模型预测单点渐进成形中的回弹，采用决策树分类器的方法预测偏差，对原始的CAD点云模型进行修正，并对修正的CAD点云进行适当光滑处理，通过修正的模型生成轨迹，获得了较高的几何精度。Malhotra[22]提出了新型累积双侧增量成形ADIF(in-out)策略，该成形策略可显著提高钣金件的几何精度和成形极限，改善厚度分布，同时有利于复杂钣金件的成形。此轨迹策略改变了主要成形力的方向，从单点渐进成形中的竖直方向变为板料平面的方向上。
上海交通大学硕士学位论文-11-(a)(b)图1-4车辆中的渐进成形钣金件：(a)摩托车油箱盖(b)多歧管Fig.1-4ISFpartsinautomobileindustry:(a)Motorcyclefueltankcover(b)Multi-manifold在汽车工业领域有很多的开放特征钣金件，如挡泥板，翼子板等，但关于开放特征钣金件的渐进成形过程的研究很少。本文基于简单的U型开放特征钣金件，从成形角，成形轨迹，成形工具头三方面对开放特征钣金件的几何精度和表面质量进行探索研究，并针对实验中出现的夹具约束释放后的回弹进行分析改善，为开放钣金件的渐进成形过程研究提供了基矗1.3课题的主要研究内容本课题以单点渐进成形为基础，研究两种常见特征钣金件的成形精度。1.非对称深腔阶梯特征钣金件的单点渐进成形精度研究基于以往的研究，选择进给速度、工具头转速、轴向进给量和工具头直径为主要影响因素进行四因素四水平正交试验，通过方差分析探究工艺参数对非对称阶梯特征铝合金钣金件成形精度的影响，并选择最优参数组合。基于上述最优工艺参数组合，合理设计中间构型，改变不同部位的成形顺序，减少弱刚度区域的成形力和不同部位之间的相互影响，通过多道次成形进一步提升阶梯特征铝合金钣金件成形精度，并总结出阶梯特征铝合金钣金件的中间道次设计准则。根据多道次成形实验结果，采用反向补偿获得新的模型形状，基于补偿后的钣金件形状进行多道次渐进成形，成功得到几何精度符合要求的阶梯特征钣金件。将补偿后阶梯特征钣金件的几何精度与单道次成形和未补偿的多道次成形对比，对阶梯特征钣金件的多道次成形及补偿有了更全面的认识。
【参考文献】：
期刊论文
[1]阶梯特征钣金件多道次双点渐进成形策略[J]. 张润峰,陆彬,陈军. 上海交通大学学报. 2016(09)
[2]基于正交试验的板材渐进成形参数对回弹量的影响[J]. 文怀兴,黄书经,史鹏涛,杜宣莉. 热加工工艺. 2015(15)
[3]方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究[J]. 史晓帆,徐岩,高霖,沈长艳,卢仁伟. 中国机械工程. 2012(18)
[4]基于工艺参数的渐进成形回弹量预测与控制[J]. 李军超,潘俊杰,耿佩,谭毅. 热加工工艺. 2012(07)
[5]Method of closed loop springback compensation for incremental sheet forming process[J]. 韩飞,莫健华,龚攀,李敏. Journal of Central South University of Technology. 2011(05)
[6]主轴转速对单点渐进成形工件表面粗糙度的影响[J]. 姜虎森,王进,王廷和,张云峰,陶龙. 锻压技术. 2011(03)
[7]正交试验设计和分析方法研究[J]. 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,汤建. 实验技术与管理. 2010(09)
[8]渐进成形在整体壁板制造中的应用[J]. 胡铭明,高霖,韦红余. 机械制造与自动化. 2010(04)
[9]板材单点数控渐进成形回弹控制及模拟优化研究[J]. 张旭,周杰,李军超,彭守桃,胡建标. 热加工工艺. 2010(09)
[10]渐进成形在雷达天线制造中的应用基础[J]. 韦红余,佘晶,高霖,周晚林. 南京航空航天大学学报. 2009(06)
博士论文
[1]金属板料渐进成形质量控制关键技术研究[D]. 韦红余.南京航空航天大学 2010
[2]金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究[D]. 周六如.华中科技大学 2004
本文编号：3021070
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
踝部矫形器的渐进成形[6]
上海交通大学硕士学位论文-6-图1-3等层间距与等扇贝高度的关系Fig.1-3TherelationshipbetweenstepdownandscallopheightMalhotra等[15]提出了一种三维螺旋轨迹自动生成的方法，可用于对称和非对称零件的成形。实验表明，新的螺旋轨迹相较于商业CAM软件生成的轨迹有更好的几何精度和表面质量，同时减少了成形时间。Behera等[16]利用多元自适应回归样条(MARS)作为偏差预测工具，为单个特征和特征组合生成连续的偏差响应曲面，从而提高偏差预测精度。研究表明，响应面的预测偏差小于0.3mm。利用预测的响应面生成补偿的优化刀具路径，显著提升渐进成形精度Attanasio等[17-18]分析了等层间距轨迹和等扇贝高度轨迹对成形件性能的影响，实验表明等扇贝高度轨迹的渐进成形具有更好的表面质量和几何精度。Malyer[19]通过7种不同成形轨迹策略对四棱台零件进行成形，结果表明成形轨迹对成形件的表面质量、几何精度和成形时间有影响。Lu等[20]提出了一种根据指定关键边生成的非平面轨迹路径生成算法，该路径生成包括三个关键步骤：确定关键边、测定轮廓密度和生成轨迹。实验结果表明该轨迹可以改善钣金件表面质量、几何精度，减少成形时间。Khan[21]基于数据挖掘提出IPM模型预测单点渐进成形中的回弹，采用决策树分类器的方法预测偏差，对原始的CAD点云模型进行修正，并对修正的CAD点云进行适当光滑处理，通过修正的模型生成轨迹，获得了较高的几何精度。Malhotra[22]提出了新型累积双侧增量成形ADIF(in-out)策略，该成形策略可显著提高钣金件的几何精度和成形极限，改善厚度分布，同时有利于复杂钣金件的成形。此轨迹策略改变了主要成形力的方向，从单点渐进成形中的竖直方向变为板料平面的方向上。
上海交通大学硕士学位论文-11-(a)(b)图1-4车辆中的渐进成形钣金件：(a)摩托车油箱盖(b)多歧管Fig.1-4ISFpartsinautomobileindustry:(a)Motorcyclefueltankcover(b)Multi-manifold在汽车工业领域有很多的开放特征钣金件，如挡泥板，翼子板等，但关于开放特征钣金件的渐进成形过程的研究很少。本文基于简单的U型开放特征钣金件，从成形角，成形轨迹，成形工具头三方面对开放特征钣金件的几何精度和表面质量进行探索研究，并针对实验中出现的夹具约束释放后的回弹进行分析改善，为开放钣金件的渐进成形过程研究提供了基矗1.3课题的主要研究内容本课题以单点渐进成形为基础，研究两种常见特征钣金件的成形精度。1.非对称深腔阶梯特征钣金件的单点渐进成形精度研究基于以往的研究，选择进给速度、工具头转速、轴向进给量和工具头直径为主要影响因素进行四因素四水平正交试验，通过方差分析探究工艺参数对非对称阶梯特征铝合金钣金件成形精度的影响，并选择最优参数组合。基于上述最优工艺参数组合，合理设计中间构型，改变不同部位的成形顺序，减少弱刚度区域的成形力和不同部位之间的相互影响，通过多道次成形进一步提升阶梯特征铝合金钣金件成形精度，并总结出阶梯特征铝合金钣金件的中间道次设计准则。根据多道次成形实验结果，采用反向补偿获得新的模型形状，基于补偿后的钣金件形状进行多道次渐进成形，成功得到几何精度符合要求的阶梯特征钣金件。将补偿后阶梯特征钣金件的几何精度与单道次成形和未补偿的多道次成形对比，对阶梯特征钣金件的多道次成形及补偿有了更全面的认识。
【参考文献】：
期刊论文
[1]阶梯特征钣金件多道次双点渐进成形策略[J]. 张润峰,陆彬,陈军. 上海交通大学学报. 2016(09)
[2]基于正交试验的板材渐进成形参数对回弹量的影响[J]. 文怀兴,黄书经,史鹏涛,杜宣莉. 热加工工艺. 2015(15)
[3]方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究[J]. 史晓帆,徐岩,高霖,沈长艳,卢仁伟. 中国机械工程. 2012(18)
[4]基于工艺参数的渐进成形回弹量预测与控制[J]. 李军超,潘俊杰,耿佩,谭毅. 热加工工艺. 2012(07)
[5]Method of closed loop springback compensation for incremental sheet forming process[J]. 韩飞,莫健华,龚攀,李敏. Journal of Central South University of Technology. 2011(05)
[6]主轴转速对单点渐进成形工件表面粗糙度的影响[J]. 姜虎森,王进,王廷和,张云峰,陶龙. 锻压技术. 2011(03)
[7]正交试验设计和分析方法研究[J]. 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,汤建. 实验技术与管理. 2010(09)
[8]渐进成形在整体壁板制造中的应用[J]. 胡铭明,高霖,韦红余. 机械制造与自动化. 2010(04)
[9]板材单点数控渐进成形回弹控制及模拟优化研究[J]. 张旭,周杰,李军超,彭守桃,胡建标. 热加工工艺. 2010(09)
[10]渐进成形在雷达天线制造中的应用基础[J]. 韦红余,佘晶,高霖,周晚林. 南京航空航天大学学报. 2009(06)
博士论文
[1]金属板料渐进成形质量控制关键技术研究[D]. 韦红余.南京航空航天大学 2010
[2]金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究[D]. 周六如.华中科技大学 2004
本文编号：3021070
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3021070.html
