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.     

板类件多点闭环成形的模糊控制方法

在金属板类件的加工中,无模多点成形是一种CAD数据模型驱动的柔性加工方法;多点闭环成形更是将板类件的加工与实时测量紧密结合到一起。本文在基本体群形状和工件形状的离散傅立叶变换描述的基础上,定义了不同类型的曲面误差;提出了多点闭环成形的模糊控制方法;实验证明,该方法能够控制板材快速收敛到所设计的目标形状,为实现板类件的数字化制造提供了一种新思路。     

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。     

多点拉形中回弹的数值模拟

对多点拉形成形蒙皮类零件的成形和回弹过程进行了数值模拟。分析了弹性垫厚度及曲率对回弹和成形精度的影响。结果表明,弹性垫厚度越大,回弹量越大,形状误差也越大;圆柱面件曲率半径越小,回弹量越大,形状误差增加值越大;环面件的曲率半径越大,回弹量越大,对成形件形状误差影响越大;回弹对单曲度成形件的影响比双曲度的成形件的影响要大。     

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。     

大尺寸三维曲面件多点分段成形技术

介绍了大尺寸三维曲面件多点分段成形原理,测试了LF6铝合金材料性能参数,建立了双曲率凸面件多点分段成形有限元模型,阐述了多点分段成形流程,得到了双曲率凸面件多点分段成形和回弹结果。通过数值模拟分析了成形方向和过渡区长度对成形质量的影响,结果表明:从小端开始成形可以获得光顺的曲面和均匀的等效应变;过渡区长度越大,成形件表面光顺性越好,应变分布越均匀。开展了大尺寸双曲率凸面件多点分段成形实验,获得了形状轮廓和表面精度较好的成形件,验证了数值模拟的有效性和多点分段成形技术的实用性。     

补偿回弹的冲压件模具设计方法

回弹是金属板料冲压中的主要缺陷之一,它可以通过修正模具形状加以解决.基于对经过成形--回弹的有限元数值模拟,提出一种循环位移补偿回弹修正模具型面的方法.它基于对经过成形--回弹有限元数值模拟得到的成形工件与目标工件多次循环比较,用成形工件结点回弹位移修正实验模具形状,直到利用修正的模具能够换获得满意的工件为止.利用此方法对一小型三维铝合金板料冲压工件的冲压模具设计过程进行了数值模拟,结果表明,通过两次修正的模具可获得满意工件.并根据模拟得到的型面制作模具进行了实冲实验,证明此补偿回弹的模具修正法是有效的.     

马鞍形板材件多点“三明治”成形实验研究

多点“三明治”成形是一种针对小批量多曲率板材工件制造而提出的新成形方法。用该方法成形时,上模采用聚氨酯模具,下模为型面可调节的多点模具。为了使多点模具型面连续化和消除工件表面的压痕,在成形过程中使用了金属护板和弹性垫板。由于工件板材两侧都和聚氨酯相接触,因此成形后工件的表面质量好。为了研究采用多点“三明治”成形复杂三维曲面工件的成形过程以及成形可能会出现的表面缺陷,文章选用马鞍面作为目标形面进行了实验研究,提出了用于提高工件的贴模程度,通过改变上模形状的分步成形方法,并得到了Q235B板材厚度和可成形马鞍形工件深度之间的关系曲线。     

型材三维拉弯成形数值模拟及回弹特性研究

轻量化薄壁三维弯曲结构件广泛应用于大型高端装备制造业当中,然而,受材料性能及复杂目标零件形状的约束,三维弯曲成形件的回弹问题尤为突出。为此,通过对柔性多点三维拉弯成形工艺原理的抽象与合理简化,建立了矩形截面型材的成形过程及回弹变形的有限元仿真模型,基于开发的柔性多点成形装备,利用实验验证了上述模型的有效性。随后,对不同截面形状(矩形、T形、L形)铝型材开展回弹特性研究。回弹预测水平和垂直方向最大绝对误差为0.52和0.36 mm,最大相对误差为14.77%,仿真结果与实验结果基本吻合,且回弹变形的变化趋势一致。在相同材料和调形参数条件下,矩形、T形、L形截面成形件轮廓度误差分别为1.72%,0.84%,0.62%,依次递减,而失去对称几何结构的截面型材截面变形程度依次递增。以上研究成果为实现任意截面形状三维拉弯制件的精确成形奠定了基础。     

Ti6Al4V钛合金自由曲面钣金件超塑成形数值仿真与实验验证

针对Ti6Al4V钛合金自由曲面薄壁钣金件的制造需求,采用超塑成形工艺保证成形件的几何精度。利用数值仿真确定合适的工艺参数和模具工艺补充面,基于Power law模型描述了Ti6Al4V钛合金稳态阶段的流动应力。设计加工超塑成形模具完成了Ti6Al4V钛合金薄板的超塑气胀成形工艺实验,由于成形温度高,成形件表面氧化严重,线切割后得到所需的自由曲面钣金件。采用GOM ATOS光学扫描仪测量了成形件和自由曲面钣金件的几何形状,与CAD模型进行对比以验证成形工艺与模具设计的合理性,实验结果表明,超塑成形后的残余应力小,切边后没有明显的回弹。合适的超塑成形工艺参数为成形温度900℃、气胀压力2. 2 MPa、保压47. 5 min,自由曲面钣金件的几何精度可以达到±0. 2 mm。     

多点拉形中回弹的影响因素研究

多点拉形是成形飞机蒙皮件的一种新技术。整体模具被离散的多点模具代替,在多点模具和板料之间放置弹性垫用来抑制压痕。在卸载之后,不仅有板料自身的恢复变形,还有弹性垫恢复到原来的形状的影响,这使得多点拉形比传统拉形的回弹更加复杂。文章对多点拉形成形蒙皮类零件的成形和回弹过程进行了数值模拟,分析了拉伸量、板厚、材料、摩擦系数等因素对回弹和成形精度的影响。结果表明,拉伸量越小,回弹量越大;板料越薄,回弹量越大;板料的弹性模量越大,回弹量越小,对成形件的形状影响越大;摩擦系数越大,回弹量越大。比较了在相同的成形条件下柱面件、马鞍面件、环面件回弹的大小,结果表明,回弹对单曲度成形件的影响比双曲度的大。     

多点成形中的柔性压边技术研究

对于薄板类零件而言,无论是利用整体模具成形还是多点成形,影响成形零件质量的关键因素是起皱。为了防止薄板类零件成形过程中产生起皱,尽量提高薄板类零件的变形量,研制了一种适合于多点成形的新型柔性压边装置,依据成形件的工艺特点、变形大小、材料特性及其弹性模量和成形零件形状,可以确定压边力的大小,且与板料直接接触的柔性压边圈随成形零件的形状不同而有所变形。介绍了多点成形压力机专用的柔性压边装置的工作原理、工作过程、布置结构、力学分析、成形力及压边力的计算。阐述了实际使用过程中的压边力和成形力的调节方法及柔性压边力,实现了数字无级调压,通过调节柔性压边力,明显改善了薄板类零件的成形质量。     

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.     

封头的多点成形工艺分析和数值模拟研究

结合多道次成形和分段成形工艺方式,文章对封头的多点成形过程进行了工艺分析。通过对其成形过程的有限元数值模拟,研究了封头多道次成形和分段成形的成形规律,制定了封头的多点成形工艺,并进行了实验验证。结果表明,通过合理的成形工艺,可以用多点成形设备成形封头,并能得到良好的成形效果。     

大型U形板材工件渐进滚弯成形数值模拟

利用ABAQUS有限元分析平台,对大型U形板材工件渐进滚弯成形及其回弹过程进行数值模拟。针对半椭圆形工件形状,提出用半径不同的5段圆弧逼近的几何规划。在此基础上,合理设计滚弯道次,调整ABAQUS参数设置。用模拟优化的工艺参数成形加工半椭圆形板材工件,经origin8拟合配准,其各段曲率半径最大误差小于5%。模拟结果表明,用渐进滚弯方法成形加工半椭圆形工件是可行的。     

碳纤维复合材料板热弯曲试验研究

为解决传统复合材料件成形效率低、制造成本高等问题,提出一种采用加热模具对复合材料板直接进行热冲压的复合材料成形新方法。该方法使用局部加热模具将复合材料板中需发生变形的区域进行局部加热,并借助复合材料加热到一定温度下软化的特点,使其随模具的运动逐步成形,并在模具作用下固化。对复合材料板V形件的热弯曲成形进行了试验研究,分析了成形温度、加载速度和开模温度对成形后工件精度的影响规律。试验结果表明：碳纤维复合材料板热弯曲性能良好,成形力小;通过测量试件室温回复角度发现,复合材料的热弯曲成形回复角度随着成形温度的降低而增大,随着开模温度的降低而减小。     

汽车大型覆盖件的数字化成形技术

本文介绍金属板料数字化成形的方法 ,这是一种用CAD模型直接驱动 ,实现设计与制造一体化的柔性快速成形方法。其采用快速原型制造技术的“分层制造”思想 ,将复杂的三维形状分解成一系列二维层上的数据。并根据工件的几何形状信息 ,用三轴数控设备控制一个成形工具头作三维曲线运动 ,逐层对板料进行塑性加工 ,使板料逐步成形为所需的汽车覆盖件