多夹钳式板材柔性拉形工艺的数值模拟

多夹钳式柔性拉形工艺可克服传统拉形工艺存在的成形缺陷。研究了多夹钳式柔性拉形机的结构组成,分析了多夹钳式柔性拉形工艺的特点,分别选取S形曲面、马鞍形曲面和球形曲面,并利用有限元分析软件ABAQUS,对多夹钳式板材柔性拉形过程进行数值模拟分析。结果表明:在兼顾工件成形质量与拉形机研发制造难度的前提下,相对较高的夹钳离散化程度可提升S形工件的成形质量;相比于普通铰接方式,夹钳与液压缸之间采用球铰接方式时,马鞍形件有效成形区端部的成形质量更好;通过改善板料与模具之间的润滑条件,使球形件有效成形区板料的拉伸变形更充分,卸载回弹量更小。     

基于可变型面模具的蒙皮件柔性夹钳拉形技术研究

介绍了传统的蒙皮件拉形工艺,提出基于可变型面模具的新型柔性夹钳拉形技术。对自主研发的可变型面模具和柔性夹钳拉形机的成形原理、结构组成和技术优势进行了阐述,论述了蒙皮件柔性拉形的工艺过程,并用所研制的可变型面模具和柔性夹钳拉形机进行了球形件和鞍形件的拉形实验,给出了拉形实验结果,验证了装置的可行性和实用性。     

高柔性多夹钳拉形机的结构设计

介绍了一种高柔性多夹钳拉形机的结构设计,探讨其拉形原理。首先分析目前常见的拉形机结构和拉形方式以及存在的主要问题;再根据不同形状蒙皮类工件的成形需要,分析相应的拉形过程,确定多夹钳拉形机的结构设计。通过合理布置多夹钳拉形机的夹钳,实现了高柔性度的拉形。并通过试验验证,确认拉形效果良好。     

基于并联机构的多夹钳柔性拉形机的设计

针对传统拉形机在成形双曲率蒙皮零件时,易产生不贴模、拉裂或起皱等缺陷,基于并联机构拓扑结构理论设计了一种并联多夹钳柔性拉形机。首先,介绍了并联多夹钳柔性拉形机及其辅助装置的结构,对拉形机并联支撑机构进行结构设计与自由度计算;其次,运用ADAMS软件对并联支撑机构进行运动学仿真,对拉形机的并联输出板的位移变化与速率变化曲线进行分析,验证了并联多夹钳柔性拉形机并联支撑机构的稳定性;最终,通过有限元法分析拉形件在不同拉力下的应变云图,验证了并联拉形机拉形方式的合理性。     

柔性压辊拉形中回弹的数值模拟

拉形是飞机蒙皮件的主要成形方法。柔性压辊拉形是一种新的拉形工艺,将传统的拉形过程中使用夹钳进行拉伸包覆的加载方式,改变为利用柔性压辊垂直下压的加载方式,使板料产生变形。对柔性压辊拉形成形球形件的过程和回弹进行数值模拟,分析加载量、板厚、板料与模具之间的摩擦系数等因素对回弹的影响。研究结果表明,在柔性压辊拉形方式下,成形件应力分布比较均匀,且在成形一定尺寸的球形件时,加载量越小,回弹量越大;板料越薄,回弹量越大;板料与模具之间的摩擦系数越大,回弹量越大。     

蒙皮件可变型面模具柔性拉形工艺的研究

针对传统飞机蒙皮件实体模具拉形工艺费用高的问题,提出一种采用可变型面模具进行蒙皮件柔性拉形的先进方法。介绍了可变型面模具的结构组成,阐述了3种模具调形方式的工作原理与特点,以球形件为研究对象,研究了不同的模具离散模式和基本体冲头尺寸对拉形件局部变形和形状误差的影响规律。研究表明:弹性垫的厚度是基本体冲头方体边长的1.25倍时,既能有效地抑制工件的局部变形,又能保证工件的成形精度;对于厚1 mm、曲率半径为1 500 mm球形件,成形精度要求为0.5 mm以下,选择基本体离散排布矩阵为32×40满足生产要求。     

材料和目标形状对多点拉形成形精度的影响分析

多点拉形是将整体拉形模具离散成多点模具,可以在一套多点拉形模具上实现不同形状零件的拉形,省去了模具的设计、制造等大量的生产成本,实现了蒙皮件的柔性成形。多点拉形主要适于成形小曲率、大变形的蒙皮件,材料和目标曲面形状都是影响多点拉形成形结果的重要因素。通过对3种材料成形不同曲率半径球形件的多点拉形过程进行数值分析,研究材料和成形件目标形状对多点拉形的影响。结果表明,在成形件中心区域的形状误差小于边缘区的形状误差,拉伸方向的形状误差大于垂直拉伸方向的误差,成形件的曲率半径越小,成形件的形状误差越大。     

球形件多钳式柔性拉形的数值模拟

多钳式拉形是一种新型的板材柔性拉形工艺.采用有限元软件建立了球形件拉形的有限元模型,探讨了不同工艺方式和工艺参数对工件拉形质量的影响.结果表明:多钳式拉形有助于板材贴模,拉形件的应变分布均匀,可以提高拉形质量.板材与模具之间的摩擦系数越小,板厚减薄量越小;缩短过渡区,可以避免起皱缺陷,提高材料利用率.通过实验验证了数值模拟结果,模拟结果对多钳式拉形设备的优化设计以及实际板材的塑性加工具有指导价值.     

连续柔性成形纵向与横向曲率的相互影响

为准确预测连续柔性成形曲面的最终形状,对成形过程中纵向和横向曲率的相互影响进行研究,并结合回弹因素,建立了数学方程。对典型的三维曲面——鞍形件进行数值模拟和实验验证,基于数值模拟的结果,采用最小二乘法进行拟合,计算出不同纵向曲率对应方程中的参数值;通过对鞍形件的连续柔性成形实验,验证数学方程的有效性和可靠性。     

柔性压辊拉形机原理及其数值模拟研究

介绍了柔性压辊拉形机的原理,利用非线性有限元软件进行了柔性压辊拉形机拉形过程的数值模拟,设计了3种加载方案并对3种方案的模拟结果进行了研究和对比。结果表明:成形中压辊按向下凸圆弧状排列下压比压辊一直按直线排列下压在抑制裂纹方面更有优势;在采用前者方式加载时,在设备允许的范围内,向下凸圆弧半径越小,抑制裂纹的能力越强。     

大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化

拉伸成形工艺是飞机蒙皮零件的基本成形方法。针对某大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮进行了拉伸成形工艺研究和优化。为了保证数值模拟的准确性和可靠性,进行了材料性能测试试验,获取了该蒙皮多道次加工时每一道次、不同热处理状态下的材料性能。通过数值模拟,研究了拉伸成形工艺参数包括各道次拉伸量、上模压力、合模间距对贴模和回弹的影响规律。结果表明:合模间距为7 mm时,成形后零件的厚度在大部分区域基本均匀;上模压力在200~1000 kN之间时,增加压力能有效地改善贴模度。据此,提出了优化拉伸成形工艺。针对该蒙皮零件厚度大而导致的回弹大、仅靠工艺优化不能完全满足贴模度要求的问题,进行了模具型面补偿研究。结果表明,该工艺可用于生产满足质量要求的蒙皮零件,并能减少成形道次、降低加工成本、提高生产效率。     

Numerical simulation for the multi-point stretch forming process of sheet metal

Multi-point stretch forming (MPSF) is a flexible manufacturing technique to form large sheet panels of mild curvature. The traditional fixed shape-stretching die is replaced by a matrix of punch elements, and the sheet metal are stretch-formed over the multi-point stretching die (MPSD) generated by the punch element matrix. In this paper, extensive numerical simulations of the processes for stretching parabolic cylinder, toroidal saddle and sphere parts were carried out by dynamic explicit finite element analysis. The forming results using multi-point die were compared with those of using traditional die. The use of an elastic cushion to suppress dimpling of the part caused by the discrete punch elements was investigated along with a discussion of its influence on part shape accuracy. The effect of the size of punch element and the shape of MPSD on the shape accuracy of formed parts were analyzed. The results may provide useful guidance on determining MPSF parameters and optimizing MPSF manufacture processes.     

型材拉弯模拟算法的开发及应用

开发了基于有限元增量理论和BWC壳单元的型材拉弯模拟算法.本算法对型材拉弯机构中夹钳的运动进行了深入分析.采用速度约束的方法来模拟夹钳的运动轨迹,并对夹钳所在板料位置上的节点进行约束处理,保证了夹钳速度加载的正确性.以矩形截面型材拉弯零件为例,采用文献中的夹钳运动加载方案对其进行型材拉弯成形模拟.将本算法计算的结果与文...     

槽形截面零件的冲压模具

实验证实了靠拉紧毛坯，与工具不接触冲压槽形截面零件并形成平斜壁的可能性。斜壁的平面度是靠塑性拉伸保证的。研制了实现该工艺过程的模具结构。装有活动凸模的模具安装在大功率缓冲器的压力机上以夹紧毛坯的边缘。     

转台式拉弯机的双向补拉液压系统

介绍了在转台式拉弯机的液压系统改造中,利用增压系统解决两个方向拉伸夹头均能按需调控补拉量的问题。其所具备的双向补拉功能,使转台式拉弯机兼具张臂式拉弯机的优点,具有良好的工艺性。     

VTL型数控蒙皮拉形机加载轨迹设计

针对VTL型数控蒙皮拉形机建立三维数字化模型,并对其进行机构运动分析。根据蒙皮拉形变形特点,提出一种拉形加载轨迹设计方法。基于应变控制设计出执行钳口运动轨迹,并根据拉形机机构运动规律,将执行钳口运动轨迹转化成拉形机驱动机构运动参数。采用CAA技术在CATIA平台上开发了相应的加载轨迹设计软件;以柱形蒙皮为例,利用开发的软件设计加载轨迹,通过有限元模拟和试验,验证了轨迹设计的合理性。     

Development of a micro/meso-tool clamp using a shape memory alloy for applications in micro-spindle units

In developing micro-spindle units, a critical problem is miniaturization of the tool clamp. Approaches for scaling down conventional tool clamps, such as the collet-chuck, hydraulic chuck, and shrink-fit methods may be limited by their inherently complicated mechanisms. This study developed a novel tool clamp based on shape memory alloy (SMA), which allows further miniaturization. The tool clamp can be simplified by using an SMA ring, which is all that is needed for clamping. The SMA-based tool clamp does not require any collet, and its structural configuration is axisymmetric. Furthermore, the SMA makes it possible to switch between the clamped and unclamped states by using a simple device to regulate small changes in temperature. This paper first describes the operating principle of the SMA-based tool clamp. Second, it presents the finite element method (FEM) analyses that were conducted to investigate the characteristics of the clamping/unclamping operations and the effect of centrifugal force. Third, it describes a prototype of the SMA-based tool clamp, which was designed and built for applications in micro-spindle units. Fourth, it presents an evaluation of the time needed for the clamping/unclamping operations and the tool-clamping force, which were both evaluated experimentally. Finally, it describes a mill-machining test conducted with the prototype, which confirmed that the tool clamp is little affected by centrifugal force at high rotational speeds. The experimental results confirm that the proposed SMA-based tool clamp can be successfully applied to micro-machining.     

基于数字化的蒙皮拉形加载轨迹优化与应用

针对飞机平尾前缘蒙皮零件,提出了利用数字化的方法进行拉形加载轨迹的优化思路。首先,计算出零件成形所需的拉伸率和包覆角,应用飞机蒙皮拉形工艺设计与制造系统对加载轨迹进行仿真,优化得到了成形精度高的钳口运动轨迹;其次,将运动轨迹转化为边界条件,利用Pam-stamp有限元模拟分析了拉形后的减薄和贴模情况,以说明优化后的加载轨迹的合理性;最终,获得了分两次拉形的加载轨迹,并自动生成设备钳口的拉伸运动轨迹。利用厚度为3.5 mm的2A12铝合金O状态板料进行了拉形试验,发现成形零件的厚度均匀(3.18~3.29 mm)、贴模良好,成功地避免了成形缺陷的产生,验证了数字化加载轨迹优化思路的可行性,为智能化精确制造技术的开发奠定了基础。     

面向柔性机加产线的自动装夹系统研究

现有自动装夹系统多适用于单机制造过程,难于满足多品种混流生产需要,其存在加工零件形状与尺寸各异、自动化程度低等问题,为此开展面向柔性机加产线自动装夹系统研究。采用子母工装方式解决零件差异性问题,基于自动拧紧机提高自动化水平,进行自动装夹系统整体方案的设计;基于软PLC进行自动装夹系统的三维龙门运动平台及末端执行器的设计,阐述了自动拧紧及伺服控制过程,最后分析自动装夹系统开发及验证过程。通过测试验证,系统柔性程度高、装夹过程无人化,并可与上下料机器人、AGV等进行快速扩展,具有一定的工程价值。