板材多点成形中回弹的数值模拟及补偿研究

回弹是板材多点成形中一个必须解决的问题。利用有限元软件LS-DYNA对板材冲压成形的回弹进行数值模拟,采用动态显式算法模拟板材成形过程,隐式算法模拟卸载回弹过程。对不同曲率半径、不同屈服强度的圆柱面成形件进行数值模拟,分析得出回弹趋势和回弹分布,提出通过修正基本体群成形面来补偿回弹的方法,并用B样条曲线拟合生成的曲面。经过两次补偿,成形件精度提高,证明该方法可以很好地补偿多点成形中的回弹。研究结果对于减小因回弹带来的误差,提高成形件的成形精度具有十分重要的意义。     

基于快速测量的曲面多点成形精度控制

在板类件多点成形中,由于板料回弹、工件定位等因素,成形后的工件曲面与目标模型之间存在误差。文章通过激光快速扫描测量获得成形后工件的三维形状点云数据,经平滑去噪后,用对异常点不敏感的鲁棒最小二乘法进行B样条曲面拟合。将重构的曲面与目标模型配准计算后将曲面误差反馈到多点CAD系统,根据该误差进行回弹补偿、闭环修正工件曲面误差,并给出应用实例。结果表明,基于快速测量的曲面多点成形精度控制技术充分利用了多点成形的快速性的特点,通过三维空间形状反馈,来提高多点成形的精度。     

橡皮囊一步法成形补偿系统开发及板料的试验验证

为了解决板料成形过程中的回弹问题,选择了CAA V5开发方法中的交互模式并利用CATIA的交互式开发方式开发出了回弹补偿模块,用以完成液压橡皮囊"一步法"成形型面补偿系统开发。提出了曲线法平面截取补偿算法,将待补偿的曲面离散成若干条截取线;针对弯曲圆角弧线和弯曲面交线在法平面内进行回弹补偿操作;利用CATIA的曲面造型功能将回弹补偿后的曲线形成补偿后成形型面。利用橡皮囊成形试验中镰刀型试验件的补偿模具的成形件的精度与检验模具对比,来证明该补偿模块的可靠性。通过回弹补偿系统对成形型面进行回弹补偿操作,可以将补偿后的成形型面用于补偿模具的设计中。结果表明,基于该补偿算法可以对原始模具做出合理补偿,为补偿模具的设计工作提供设计性建议。     

基于曲率差的回弹评价方法及其应用

针对板料在常温下冲压成形时回弹较大,且现有的评价方法无法判断回弹发生的具体位置而难以准确指导修模的问题,提出一种基于曲率差的回弹评价方法来表征冲压零件回弹,可以准确地显示零件回弹发生的具体位置。首先,采用GOM ATOS Core光学三维扫描仪获取冲压件回弹后的型面,以凸模型面作为冲压件回弹前的型面,再通过MeshLab软件将连续曲面离散为点云。然后,通过多层次B样条插值算法(MBA)将离散的点云拟合成曲面,计算每一点的平均曲率,并以回弹前后的曲率差值来表征回弹大小。最后,将该方法用于某汽车铝合金制成的前风窗下横梁和前防撞梁冲压件的整形阶段,根据冲压件回弹前后的曲率差修正模具型面,并采用位移法对比模具修正前后的零件回弹量。结果表明：前风窗下横梁的正负最大位移分别从+1.415和-2.508 mm减小为+0.707和-1.263 mm;前防撞梁的最大负位移从-3.574 mm减小为-0.801 mm,回弹量明显减小,满足其尺寸偏差要求。说明基于曲率差的回弹评价方法,可以准确地找到回弹发生的部位,并有效地指导回弹补偿工作。     

整体壁板时效成形模具回弹补偿的工艺研究

时效成形是解决整体高筋壁板成形、提高零件制造精度和使用寿命的有效工艺方法,但由于具有回弹量大,且模具型面难以确定和修正的特点,限制了其在国内工程化的应用。该文针对小曲率、小变形整体壁板的时效成形,通过时效成形基础试验,研究其回弹规律,并应用几何补偿算法,进行模具型面的回弹补偿计算。实验验证表明,零件外形曲面误差小于1mm,筋条处的误差小于0.5mm,证明该回弹规律及补偿算法具有有效性和准确性。     

管材塑性拟合成形数控系统的设计

回弹是影响管材成形精度的重要因素。在分析管材单点成形原理的基础上,对管材塑性成形控制技术进行研究,提出基于单点成形技术的拟合渐进成形方法,并建立管材拟合成形坐标系,设计基于多轴控制技术的管材成形数控系统。该系统通过非接触式测量成形前后的距离差,将其转换为实际塑性成形角度,实时检测单点成形时回弹量,在下次加工时进行补偿和修正,实现管材拟合渐进成形的闭环控制。试验表明,该系统可以有效地测量回弹,保证管材成形加工的重复精度和适应性。     

高强度钢U形件成形质量多目标优化

应用模拟仿真技术,采用全因子实验设计方法,分析了拉深筋高度和压边力两因素对高强度钢U形件成形质量的影响.以减薄率和回弹量为成形质量目标,发现两目标为一对矛盾的指标,回弹量减小,则减薄率增大,反之亦然,不可能使两者同时达到最优.于是对成形质量进行多目标优化分析,运用MATLAB软件,对数据进行响应曲面分析,得到拟合精度很高的响应曲面,然后运用理想点法构造评价函数,求得高强度钢U形件成形质量多目标优化分析的最优解.     

基于CATIA的翼肋零件橡皮成形回弹补偿及试验验证

针对飞机翼肋零件橡皮成形的回弹问题,提出了曲线法平面截取补偿算法,在法平面内分别对弯曲圆角弧线和弯曲面交线进行回弹补偿操作,并采用几何补偿成形型面的方法进行回弹控制。在CATIA中将回弹补偿后的曲线利用其曲面造型功能生成新的成形型面,再利用CAA V5开发方法中的交互模式进行回弹补偿系统的开发。通过有限元软件PAM-STAMP2G和橡皮成形试验机对带有补偿的模具分别进行仿真和成形试验,验证了补偿系统的可靠性,节省了大量的劳动时间和生产成本。     

基于ABAQUS的筋板件时效成形型面回弹补偿算法

基于回弹预测与控制的模具型面补偿,是时效成形工艺研究亟待解决的关键问题。该文根据回弹补偿原理,提出了基于零件形状虚拟迭代修复的时效成形模具型面回弹补偿修正算法的思路。以2A12铝合金筋板件蠕变时效成形过程为研究对象,利用ABAQUS有限元分析平台,在筋板件时效成形及回弹模拟分析的基础上,实现了该过程模具型面的回弹补偿优化设计。研究结果表明,提出的型面补偿算法具有良好的收敛性,数值模拟结果验证了该算法的可行性。     

非接触三维曲面测量仪及其在多点成形中的应用

为了解决金属板材的回弹问题,也为了检测多点成形零件的精度及省去靠木模工序,利用激光测头研制了非接触测量仪.对多点成形的零件形状进行检测,利用开发测量仪专用软件,分析成形零件的形状误差,把形状误差值反馈到多点成形软件里,实现多点成形的第二次造型、计算、分析、调形、成形及测量的闭环多点成形.本测量仪适用于板材二维和三维曲面的测量和曲面拟合,可用于车辆、飞机、轮船以及各种压力容器等覆盖件的测量.     

薄板多点成形与模具成形过程数值模拟及成形性比较

基于动力显式有限元方法,针对不同工艺参数对带压边薄板类零件的多点成形和模具成形过程的影响进行了数值模拟与比较分析。由于成形方式的不同,各参数对起皱、破裂等成形缺陷的影响也不尽相同。通过对比分析发现,相同条件下多点成形对破裂的抑制效果优于模具成形;只要参数选取适当,板材在多点成形方式下的成形质量可以达到或超过模具成形方式。这些结果对于认识多点成形方法的塑性变形特点、合理设置多点成形工艺参数具有指导作用。     

薄板多点成形中的拉裂现象研究

拉裂现象在薄板成形过程中很容易发生。文章采用有限元数值模拟手段,研究了薄板多点成形过程中的拉裂现象,分析了有压边多点成形时鞍形件的拉裂情况,提出了能够避免拉裂的柔性压边成形方式,分析了刚性压边与柔性压边成形时的成形极限与成形效果等,证明了柔性压边成形能够很好地解决板料起皱与拉裂的矛盾关系。当采用刚性压边多点成形时,加大压边力板料可能拉裂,减小压边力板料可能起皱;而采用柔性压边多点成形方式可以有效避免起皱和拉裂的发生,并且大大提高变形量,得到更好的成形结果。     

B样条曲面在模具型腔表面描述中的应用

本文以三通管挤胀成形模具为例,采用双三次均匀Ｂ样条曲面对该模具的型腔表面进行了几何描述。结果表明,这种方法可以为三通管挤胀成形过程的数值模拟中的动态边界条件处理提供灵活、方便的几何信息,为在数值模拟中实现动态边界条件处理打下良好的基础。     

无压边多点成形中起皱的分析与控制

起皱是板材无压边多点成形中容易产生的成形缺陷。本文根据对多点成形过程中起皱的数值模拟与力学分析,基于Donnell-Mushtari-Vlasov的浅壳理论,给出了球面多点成形局部起皱的判断准则,计算了起皱的临界应力。利用多点成形的柔性可变的特点,可以抑制甚至完全消除起皱缺陷,有关的成形实验结果说明了变路径多点成形及分段成形技术抑制起皱的有效性。     

多点成形中弹性垫变形及其对成形结果影响的数值分析

多点成形过程中的弹性垫技术是抑制压痕的有效方法,但是弹性垫的使用对成形件的形状也有影响。为得到精确的成形件,在成形面造型时必须基于弹性垫的变形对基本体群成形面进行修正。文章对采用不同参数的弹性垫的球面与马鞍面成形件的多点成形过程进行了系统的数值模拟研究,分析了不同参数的弹性垫的不均匀变形及其对成形结果的影响,找出了影响成形件精度的主要原因,为基本体群成形面的补偿提供了依据。     

多点压机成形与多道次多点模具成形的数值模拟研究

变形路径对于板材的成形质量有着重要的影响。多点压机成形和多道次多点模具成形充分利用多点成形的柔性特点,实现了对板材变形路径的控制。文章通过有限元数值模拟研究了这两种成形方式各自的特点和规律,并进行了比较。结果表明,多点压机成形和多道次多点模具成形,都能够优化板材变形路径,使变形均匀,有效地抑制起皱,提高板材变形能力。在同样条件下,多点压机方式好于多道次成形,但当多道次成形道次逐渐增多时,成形质量接近于多点压机成形。多点压机成形是理想化的成形方式,但设备造价昂贵,多道次多点模具成形可以近似实现多点压机成形效果。     

矩形花键轴开式冷挤压成形力的数值模拟研究

成形力大小足决定花键轴开式冷挤压成形工艺成败的关键因素.借助刚塑性有限元软件Deform-3D,采用数值模拟的方法分析了矩形花键轴冷挤压过程中,坯料直径、凹模入模半角及键齿尺寸对花键成形力的影响.模拟计算表明,随着坯料直径的增加以及人模半角的增大会引起成形力显著提高;此外,键齿高度的增加及宽度的减小也会引起成形力增加.工艺实验表明,数值模拟的结果对实际生产可起到指导作用.     

盒形件多点成形压痕现象数值模拟研究

以盒形件多点成形过程为例,从拉深形状、板厚、材质等方面进行比较,针对多点成形过程中最主要的缺陷之一—压痕现象的产生原因及其抑制方法进行了数值模拟研究,并进行了实验验证。     

板材无压边多点成形中回弹的数值模拟

回弹是板材无压边多点成形中必须解决的问题。本文采用显一隐式算法,对回弹进行数值模拟,采用动态显式算法模拟板材成形过程,隐式算法模拟卸载回弹过程。对不同板厚、不同变形量的圆柱面、球面、马鞍面的无压边多点成形过程进行数值模拟,得出了回弹趋势和回弹分布,这些结果对多点成形技术的工程应用,具有重要的参考价值和指导意义。     

板材多点成形过程数值模拟的研究

多点柔性成形是一种先进的板材成形技术。在多点成形过程中 ,板材的受力状态、变形特点、接触边界等与传统的冲压成形有很大的不同 ,商业软件不能有效地反应这些特点。本文给出了自主开发的板材多点成形过程数值模拟专用软件 (MPFORM)所采用的有关理论与公式 ,介绍了基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法、退化板壳有限元模型以及处理多点不连续接触边界的接触单元技术等 ,给出了球形面与马鞍面多点成形过程的MPFORM数值模拟结果