金属板材单点增量成形过程成形力的研究

针对45°圆锥台件的单点增量成形过程,分别通过理论解析、实验验证、ABAQUS/Explicit有限元仿真对成形过程中成形力的变化规律进行研究。在验证有限元模型正确的基础上,进一步得到轴向进给和走等高线这两部分的成形力,并对其大小和变化规律进行研究。结果表明,轴向进给时的轴向力明显大于走等高线时的轴向力,因此成形设备和成形工具的设计应充分考虑轴向进给时的轴向力。     

圆锥台单点增量成形件残余应力研究

单点增量成形过程中残余应力分布与成形件的尺寸精度有着密切的联系。该文以圆锥台件为例,采用1060铝板,首先对残余应力方向进行定义,然后分别通过ABAQUS有限元仿真和实验验证对成形件的等效塑性应变和残余应力进行研究,并根据残余应力分布将成形件沿高度方向进行分区研究。结果表明:采用三维实体模型能准确模拟成形件的残余应力分布,成形件中残余应力主要集中在成形区,且垂向残余应力值较小;弯曲过渡区、平面伸长区和底部变形区的横向残余应力的性质由内到外依次为拉-压、压-拉、拉-压,纵向残余应力则均呈拉应力-压应力的变化。     

金属波纹管单点增量成形过程研究

将单点增量成形技术引入金属波纹管成形,提出了一种金属波纹管单点增量成形工艺。基于ABAQUS/Explicit建立增量成形波纹管仿真模型,分析成形过程中成形力的演变,以及成形应力、材料局部变形位移和塑性应变分布的特点;建立了波纹管单点增量成形实验平台,采集成形过程数据并分析实验数据。结果表明：X向分力在增量成形管壁中的数值最大,其次是Y向分力和Z向分力;斜面拉伸区和圆弧过渡区的塑性应变大,该区域管壁容易发生过度减薄和断裂。     

等静压支撑单点增量成形力的研究

在单点增量成形过程中,板料背面悬空不受任何支撑,仅依靠工具头和板料之间的挤压作用对板料进行无约束成形,易造成板料成形精度不高。本文提出了一种等静压支撑单点增量成形新技术,在成形过程中为板料提供有效支撑。以1060铝板为研究对象,分析等静压参数对成形力的影响规律。结果表明:静压支撑单点增量成形,水平方向的力F_x和F_y较传统的单点增量成形有一定的增加,但增加幅度不大,轴向力F_z变化比较大,随着静压的不断增加,轴向力不断增大。设计开发静压系统,通过实验验证,获得静压条件下成形力的变化规律,并验证了仿真的正确性。     

锥形件单点增量成形过程应变状态研究

通过理论计算、有限元仿真和实验分别研究圆锥形件和方锥形件不同区域的应变状态,并对工具头直径对应变分布的影响以及方锥形件不同拐角半径的应变分布进行研究,结果表明圆锥形件存在平面应变、拉-拉和拉-压这3个区域;方锥形件在4个拐角处处于拉-拉区域,发生双向拉伸变形;工具头直径越大,板料发生双向拉伸的程度越明显;方锥形件拐角越大,拐角处越接近平面应变状态。     

超声振动-单点增量复合成形过程中成形力的分析与建模

成形力过大一直是制约单点增量成形技术发展的主要问题之一,针对该问题将超声振动引入单点增量成形技术中,用以降低成形力。为定量揭示超声振动降低成形力的作用机制,对超声振动-单点增量复合成形技术的工作原理和运动规则进行分析总结,取成形接触区域板料微元作为重点分析对象,建立球坐标应力平衡方程,并对接触面上的各向应力进行积分,提炼板料变形处的受力情况并对其进行解析化表达,构建一种关于超声振动-单点增量复合成形技术成形力的解析模型,借此得到施振参数和工艺参数对成形力的影响规律。通过试验对解析模型进行验证,设计开发超声振动主轴及板料夹持系统,搭建Kistler的成形力测试系统。试验表明超声振动可以有效降低成形力,同时存在合适范围的频率和振幅使得成形力达到极小值,且试验中的施振参数和工艺参数对成形力的影响规律与理论计算结果具有很好的一致性,验证了解析模型的正确有效性。研究成果为深入分析超声振动对单点增量成形力的影响提供了理论及技术依据。     

金属板材单点增量成形过程变形区厚度研究

金属板材单点增量成形变形区厚度是影响零件强度和质量的重要因素,一般认为板厚遵循余弦定理只与成形角大小有关。针对圆锥件,分别通过理论计算、有限元仿真和实验对变形区厚度进行研究。将变形区厚度分区域研究,并分析工具头直径、层间距、压板内径以及成形轨迹对各区域板厚变化的影响,结果表明大的工具头直径和小的压板内径有助于减小板厚减薄率,提高板厚的均匀化程度;大的层间距可以提高板厚达到稳定值的速度;压入点均布轨迹可以增加最小板厚和平均板厚,对板厚的均匀化程度没有影响。     

基于ABAQUS的单点增量成形的数值分析

单点增量成形是一种新型的无切削无模具板料成形的方法,工业生产中可以缩短产品周期,节约生产成本,有着一般成形方法所不具有的优势。本文运用有限元软件Abaqus分析其主要工艺参数:工具头直径d、层间距ΔZ、板料厚度(sheet thickness)sth对单点增量成形的影响,并通过模拟仿真对增量成形反应板料厚度变化规律的正弦定律进行验证,同时分析正弦定律得出板料厚度的分布大于数值仿真的原因。根据数值仿真中板料厚度的分布提出对成形件的分区,同时分析出其应用。     

单点增量成形制件整体精度研究

以典型圆锥台作为研究对象,由材料的变形机理出发,解析制件整体精度的机理和主要影响因素。采用Box-Behnken 设计(BBD)试验方法,对主要影响因素中的工具头直径、层间距、板厚、成形角设计四因素三水平曲面响应试验,建立两个方向上几何误差的二阶响应模型,得到工艺参数对制件在水平方向和垂直方向上精度的单一及交互影响规律。最后,利用响应模型对两个方向几何误差进行同步最小优化,得到制件整体精度最优时的工艺参数组合：工具头直径6 mm、层间距0.5 mm、板厚1 mm、成形角45 °,此时两个方向的几何误差分别为1.914 6 mm和-0.157 mm,实现了制件整体精度的工艺优化和稳健控制。     

金属板料单点增量成形厚度减薄率的预测与控制

金属板料单点增量成形过程中成形区域厚度减薄率过大是影响成形极限的一项重要因素,预测成形区域壁厚是控制减薄率的重要方法。选取1060铝板,对单点增量成形过程中的壁厚变形过程进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,利用仿真结果拟合出精度较高的壁厚预测公式,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对减薄率的影响规律,并通过试验验证有限元模拟的正确性,并提出通过改变成形轨迹控制减薄率的方法。结果表明:拟合出的壁厚预测公式所求得壁厚值比正弦定理所求得的壁厚值更接近实验值;壁厚减薄率值随着工具头直径、成形角度和板料厚度的增大而增加,随层间距的增加而减小,进给速度对减薄率影响不显著,成形角度是影响减薄率的最重要因素;采用压入点均布的成形轨迹可有效减小减薄率。     

计算机仿真中板料冲压成形压边力的优化

通过运用板料拉伸、压缩失稳理论和有限元计算方法，提出了新的起皱临界应力计算方法，对板料冲压成形中各处的稳定性进行数值化描述，从而确定冲压工艺的合理性，并优化压迫力，有效地防止拉裂和起皱的发生，解决了工程分析中的一个难题。通过实例的计算对比，表明该方法是正确有效的。     

基于响应面法的单点增量成形过程变形能优化

单点增量成形过程中的变形能对加工成本控制及工具头与材料之间的热效应和摩擦效应有直接影响。以典型圆锥形制件为研究对象,采用BBD实验方法,设计四因素三水平实验方案,利用响应面法研究工具头直径d、层间距Z、板厚t和成形角α对变形能的影响,并得到变形能的多元二次预测模型,最后以变形能最小为目标对该模型进行优化。实验结果表明：板厚对变形能的线性影响最显著,随着板厚的增大变形能增大,工具头直径越大所需变形能越大,成形角增大时所需的变形能增大;变形能最小的工艺参数组合是工具头直径4.0mm、层间距0.95mm、板厚0.57mm、成形角45°。     

金属板料单点增量成形的径向精度研究

金属板料单点增量成形件精度不足是制约该技术发展的一项重要因素,径向精度是成形件精度的重要组成部分。金属材料采用1060铝板,主要对单点增量成形过程中造成径向误差的原因进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对径向误差值的影响,并通过实验验证有限元模拟的正确性。结果表明:径向误差值随着工具头直径、层间距、成形角度和板料厚度的增大而增加,进给速度对径向误差影响不显著。     

响应面法在单点增量成形质量控制多目标优化中的应用

成形质量差是制约单点增量成形技术发展和商业化的主要因素之一,成形质量包括成形件的表面质量和几何误差。以典型圆锥形制件为研究对象,采用Box-Behnken Design实验方法,设计四因素三水平实验方案,利用响应面法研究工具头直径、层间距、板厚和成形角对表面粗糙度和几何误差的影响,并分别建立表面粗糙度和几何误差的二阶响应模型,最后利用响应模型分别对表面粗糙度和几何误差进行独立和同步优化。结果表明,层间距和板厚分别是影响表面粗糙度和几何误差最显著的因素。使表面粗糙度和几何误差同步最优的工艺参数组合为工具头直径16.0 mm、层间距0.5 mm、板厚0.57 mm、成形角65°,此时表面粗糙度和几何误差分别为0.97μm和1.939 mm。     

新型比例电磁铁轴向力特性研究

在传统比例电磁铁结构基础上,设计出一种具有良好加工工艺性的新型比例电磁铁。利用有限元分析软件仿真得到静态轴向力特性曲线,并讨论了新型比例电磁铁主要结构参数对轴向力特性的影响。     

盘形件增量拉深成形过程的数值模拟

增量拉深成形由于旋转的模具与坯料接触区域的不断变化而一直是数值模拟的难点,为此用Deform-3D有限元软件对为A1100铝合金的盘形件增量拉深过程进行了数值模拟.结果表明:增量拉深成形凸模的受力与传统拉深工艺相比大大降低,据此得到了凸模受力图和板料应变云图,每一步凸模受力峰值和坯料等效应变值与已有的盘形件工艺试验研究结果一致.     

层合多孔圆柱壳轴向压缩实验与仿真研究

使用实验测试和有限元仿真计算的方法,研究了层合多孔圆柱壳在轴向压缩荷载下的承载力性能和变形破坏模式。考虑正六边形和内凹六边形两种多孔构型,讨论了高度、直径、厚度参数对层合多孔圆柱壳轴向承载力的影响,得到了内凹多孔圆柱壳的轴压性能优于正六边形圆柱壳的结论。分析了层合多孔圆柱壳轴向压缩下的屈曲变形模式。同时,使用测试得到的材料参数仿真模拟实验结果,对照分析了仿真与实验变形特征与压缩性能。     

铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究

对薄壁复杂构件进行数控单点渐进成形时,板料易发生破裂、起皱等缺陷,且材料变形机制演化复杂,对加载条件极为敏感,使得板料在数控单点渐进成形时的破裂预测和控制变得极难。为此,选取1060铝板作为研究材料,通过试验研究了数控单点渐进成形技术中板料的成形性能,以实现对破裂的预测和控制。利用拓印法将制件的空间变形问题转化为平面变形问题,采用数码显微镜对拓印的制件网格数据进行测量和提取,选用插值法和多项式拟合法对数据进行拟合处理,最终得到了1060铝板料在数控单点渐进成形技术下的成形极限曲线(FLC)。通过对FLC进行分析研究,得到了制件破裂区和安全区域的应变分布,实现了制件破裂的预测和控制。为进一步提高1060铝板的成形极限,将超声振动引入到单点渐进成形中,通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的FLC和传统渐进成形的FLC,试验结果表明:当振动功率为120 W、振动频率为25 kHz时,1060铝板料的成形极限提高了11%。     

给水泵轴向力监控系统的研制

为避免大型旋转机由于轴向力过大所引起的机器损坏，保证生产的自动化和连续化，研制了一套用于TP-4113-P5-1.2型碳黑洗涤塔给水泵的轴向力在线监控装置，该装置包括测力弹性元件和轴向力智能监控仪表两部分。采用有限元法对弹性元件进行了优化设计并对弹性元件做了动态标定，采用PC机和单片机两级控制系统进行轴向力在线监控。     

金属板材单点渐进成形技术的研究进展

金属板材单点渐进成形技术是一种新的板材无模成形技术,它可直接从CAD数据快速、经济地制造出复杂形状的板材件而无需昂贵的模具,并可广泛应用于样件试制和小批量生产。本文分析了金属板材单点渐进成形技术的基本原理、研究现状,探讨了存在的问题和发展趋势。