几何形状对单点渐进成形均匀性影响规律研究

发布时间：2020-06-23 09:25

【摘要】：单点渐进成形技术是集设计与制造一体化的柔性成形技术,是在“分层制造”思想的基础之上,将目标制件三维模型沿着Z轴方向分散成一系列的二维层面,然后,再在每层二维面上进行逐点逐层的累积加工,最后加工出所设计的目标制件。首先,本课题着重介绍了单点渐进成形的基础理论。对单点渐进成形过程中金属板材的应力应变及金属板材变形区域的厚度变化进行了详细分析,对单点渐进成形机理及成形过程中的摩擦润滑机理进行了描述;此外,还对单点渐进成形的道次规划及成形工具的运动轨迹及运动方式进行了描述,分析了目标制件的壁厚均匀度。其次,对本课题研究所用的数值模拟方法及实验方法进行了介绍,对数值模拟方法及实验方法的流程进行了分析和描述。主要阐述了数值模拟过程中的单元选择及实常数定义,材料模型定义及网格的划分,摩擦条件的定义,约束条件及接触处理;同时,对本课题实验所需要用的成形工具、装置及夹具等实验设备进行了分析和描述。再次,以方锥件为例,分别对1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3长宽比例的方锥件进行了分析研究。在数值模拟实验及实验验证过程中,各种比例条件下的金属板材参与变形的面积、成形深度均相同,加工过程中的成形工具头直径及下压量等工艺参数也均相同;然后,求出各比例条件下方锥件的最大壁厚差,并将各最大壁厚差进行分析对比,最大壁厚差越小,则成形出的方锥件壁厚越均匀,从而得出对方锥件壁厚影响最小的长宽比例;最后,再用实验去验证数值模拟实验的结果可行性。最后,利用对方锥件壁厚影响最小的边长比及最优工艺参数组合,对成形出相同表面积的正五边形锥件、正六边形锥件、正八边形锥件、正十二边形锥件及圆锥件进行了数值模拟;然后,求出各多边形锥件最大壁厚差,并用实验进行验证,同时将数值模拟结果与实验结果进行对比,确定数值模拟结果的可行性。进而得出了不同多边形锥件之间的趋势规律。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306
【图文】：

示意图,渐进成形,单点,原理结构

头周围很小的部分，即工作区域面积远远小于金属板材成形面积，从而得知：单点渐进成形过程是一个局部变形过程；此外，金属板材在被成形工具挤压成形的过程中，金属板材的变形区域在发生拉伸变形的同时，壁厚也会逐渐变薄，从而增大金属板材的表面积，即金属板材表面积逐渐增大的过程就是金属板材壁厚逐渐减薄的过程，通过逐点逐层的累积变形完成整体的变形[45]。单点渐进成形的方式有两种：一种是有模单点渐进成形，另一种是无模单点渐进成形[46]，单点渐进成形原理结构示意图如图 2.1 所示。无模单点渐进成形不需要支撑模方可加工目标制件，在加工过程中，只需用夹具将金属板材固定于特制的单点渐进成形装置上，再将该成形装置固定于数控加工机床上，使数控加工机床按照将预先编制好的程序逐点逐层的完成零件的整个加工过程。有模单点渐进成形的加工方式与无模单点渐进成形的加工方式基本一样，二者的不同主要表现在：第一，有模单点渐进成形需要简单的支撑模，而无模单点渐进成形不需要任何支撑模型；第二，有模单点渐进成形的成形装置上的导套需要沿着导柱上下运动才能加工出目标制件，而无模单点渐进成形的成形装置上的导套不需要沿着导柱上下运动就能加工出目标制件[47]。

状态图,金属板材,变形区,状态

（a）整体应力状态（b）某点处应力图 2.2 金属板材变形区应边状态(2)应变分析在单点渐进成形加工过程中，虽然变形区域主要是以剪切变形成形工具与金属板材发生相对运动时，变形区域还是会出现轴向此外，变形区域还会出现拉伸变形、弯曲变形等现象。单点渐进成第一层应变状态如图 2.3 所示，其中εx为变形区径向应变，εz为变形εy为变形区切向应变，A 点处受径向应变εx和切向应变εy两个方向的应变εz一个方向的压应变，其中压应变的作用是使成形板材变薄，用则是使成形板材平面面积增大。此外，由于单点渐进成形第一层始状态，所以其应变状态与后续加工层的应变状态有所不同。

【参考文献】