静压支撑单点增量成形精度研究

在单点增量成形过程中,无模成形的固有特点易导致成形精度不足,制约了单点增量成形技术工业化应用。将静压支撑引入单点增量成形过程中,可为板料提供有效支撑,形成一种新型的静压支撑单点增量成形方法。以1060铝板圆锥台件为对象,分析静压参数对成形过程的影响规律。结果表明:静压支撑单点增量可以减小成形应力,在一定工况下,适当的静压可以降低弯曲过渡区和整体的回弹量;在工艺条件下,选择60 k Pa的静压参数可使单点增量成形精度达到最佳,同时改善零件成形质量。     

静压支撑-超声振动单点增量成形件几何误差试验研究

在单点增量成形过程中,板料的悬空特性和制件的回弹效应使成形过程易发生失稳,制件易产生起皱和破裂等缺陷。为解决制件的悬空区失稳和回弹问题,将静压支撑和超声振动引入单点增量成形技术中进行辅助成形。以典型圆锥台为研究对象,针对制件在轴向和法向几何误差的产生机理,设计相应的静压支撑系统和超声振动系统,通过试验研究静压支撑和超声振动对工件轴向误差和形面法向误差的影响规律。结果表明：静压支撑能够降低工件轴向误差41.98%;超声振动可以降低形面法向误差84.21%.     

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。     

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。     

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%。     

超声振动单点增量成形力研究

在单点增量成形过程中,不同的工艺条件和成形力会造成接触点的应力应变状态发生较大的变化,引起板料破裂、堆积、起皱等缺陷,降低成形质量和精度。本文提出了一种基于数控技术的超声振动单点增量成形方法,通过改变工具头与成形件之间的瞬时接触状态、润滑条件以及材料的变形机理,进而降低成形力,提高成形质量。以Hass数控机床作为实验平台,设计开发了超声振动主轴以及板料夹持系统,建立了基于Kistler的成形力测试系统,通过大量成形实验,获得不同工艺和振动条件下的成形力的变化规律。