工业纯铝1060板料单点增量成形极限实验研究

对工业纯铝1060板料进行单点增量成形极限实验研究,比较了圆锥形件各部位厚度的分布情况。实验发现,当成形角增大时,成形件上部会出现厚度严重变薄的减薄带,并且破裂容易出现在减薄带上,影响板料成形极限。用最大成形角表征单点增量成形过程中的成形极限,分析了不同参数对板料最大成形角的-影响,发现层间距会影响板料的最大成形角,而工具头周向进给速度对最大成形角的影响不大,不同形状的成形件其最大成形角也不相同。最后通过实验获得了1 mm厚度铝板的成形极限曲线(FLC)。     

板料数控渐进成形变形区厚度变化规律的研究

板料数控渐进成形工艺是一种柔性的成形工艺,这种工艺非常适合于加工小批量、多品种和复杂的板料产品。通过数控机床进行圆锥台及直壁筒形件数控渐进成形,对成形零件变形区厚度进行测量,并对所得数据进行分析。试验结果表明,数控渐进成形中材料厚度变化遵循正弦定律。相同厚度的板料,材料不同,成形极限厚度不同。成形极限厚度不仅与材料有关,而且与板料初始厚度有关,即板料初始厚度越大,允许的变形区厚度减薄越大。对于必须采用多道次成形方法的直壁筒形件成形,工具路径不同,变形区厚度变化也不同。采用平行直线型工具路径,直壁部分厚度比较均匀。利用厚度变化规律指导翼子板成形并试验验证其正确性。厚度变化规律对于复杂零件的数控渐进成形具有一定的指导作用。     

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。     

金属板料单点渐进成形极限的数值模拟预测

渐进成形(Single point incremental forming, SPIF)有着较高的成形极限,但目前对其成形极限预测研究较少.基于数值模拟得到的应力应变数据,并结合四组具体的破裂试验,应用Oyane韧性破裂准则有效地预测了厚1.5 mm的LY12(M)硬质铝板的渐进成形极限;在Oyane韧性破裂准则中,当破裂积分值I=4时,预测的工件破裂起始点及成形极限图都与试验结果较为吻合.渐进成形极限远远高于传统成形方式,其"局部、交替、小增量"的变形特点,使小变形不断积累以获得大变形,"强制性"地实现变形的均匀分布,从而获得较高的成形极限.具体体现在成形过程中,应力路径跌宕起伏,应力三轴度(σh/(-σ))较小,不利于材料韧性破裂;局部高压力小增量叠加成形、摩擦热及良好的润滑条件保障了渐进成形件较高的塑性.     

金属板材数控单点渐进成形加工轨迹优化研究

提出一种对金属板材数控单点渐进成形的加工轨迹优化及成形压头压入点沿工件轮廓均布处理的方法。解决了工件局部的凹陷与破裂问题，提高了板料数控渐进成形的质量。     

静压支撑单点渐进成形厚向应变分布研究

采用单点渐进成形技术单道次成形复杂形状的薄壁零件时，厚度分布不均匀及过度减薄易于引起板材的断裂和成形失效。将静压支撑引入单点渐进成形中，形成一种静压支撑单点渐进成形工艺；通过促进材料流动和厚向应变分布来提高板材厚度分布的均匀性。选用初始厚度为1 mm的1060铝板，以静压支撑单点渐进成形的圆锥台件为研究对象，通过数值模拟和实验研究分析了静压参数对厚向应变分布和材料流动规律的影响。结果表明：0～0.18 MPa的静压支撑有利于过渡变形区Ⅱ的快速成形，有利于主变形区Ⅲ的厚向应变分布；在有利压力范围内，静压压力越大，由Ⅱ区流向Ⅲ区的材料越多，厚向应变分布越均匀，制件成形性能越好。     

板料局部成形成形极限的数值研究

通常在板料冲压成形中,通过成形极限图来预测板料成形时的缩颈、破裂现象。而采用增量成形技术成形板料时,板料的成形极限高于传统冲压成形。这一现象导致了从成形机理上研究板料增量成形极限为什么会高于传统冲压成形极限成为当前的研究热点。假定厚度方向的几何缺陷来表示局部弱化区,通过在板料厚度方向引入工具作用来研究局部材料的稳定性的影响。分别采用BAMMAN_DAMAGE模型和假定几何缺陷的方法来研究横向模具作用对板料成形均匀化的影响。通过数值模拟的方法研究了增量成形能提高成形极限的原因及机理,并考察在这个过程中板料应力和板料应变的变化情况。     

板料数字化渐进成形技术初探

金属板料数字化渐进成形技术是目前国际上刚刚兴起的一种柔性制造技术。把CAD㈨技术、数控技术和金属塑性成形技术结合起来,设计一种专用数控设备。通过该数控设备进行了铝材的渐进成形,成功地成形了一些异形制件。实验表明,采用数字化渐进成形技术还可以提高材料的成形极限。     

走刀轨迹对双面渐进成形几何精度的影响

在单点渐进成形(single point incremental forming,简称SPIF)加工过程中,成形刀具与夹具间的板料因得不到有效支承而发生翘曲,卸载后板料易回弹,影响制件的成形几何精度;因此,提出了2种新型双面渐进成形(double sided incremental forming,简称DSIF)走刀轨迹,分析了2种轨迹下板料单元的应力和应变状态,并借助有限元分析软件模拟了板料的成形过程,进一步比较了不同走刀轨迹下制件的成形几何精度。仿真数据表明,与单点渐进成形相比,这2种双面渐进成形走刀轨迹能有效改善制件的成形几何精度。     

圆锥形渐进成形制件成形精度研究

成形精度差是金属板料渐进成形工艺的重要缺陷。针对渐进成形精度评价问题,提出位移误差评价法,即通过确定测量方向上的变形位移来衡量其成形精度。利用误差位移法对一组圆锥形成形制件进行研究,提出渐进成形过程中金属板料回弹和成形工具系统刚度是影响成形制件精度的主要因素。且成形过程中制件成形角一定,回弹一定,成形角变化,回弹变化,回弹量与成形角呈非线性关系。在此基础上,提出提高制件成形精度的解决方案:增加成形工具系统刚度。试验证明补偿回弹和成形工具系统刚度不足引起的尺寸偏差,或者增加成形工具系统刚度,都可显著提高渐进成形制件精度。     

1060铝材双点渐进成形几何精度的研究

针对单点渐进成形几何精度差的问题,提出了一种双点渐进成形加工技术。以1060铝为研究对象,确定目标零件,从成形轨迹和进给量两个方面编制双点渐进成形工艺和单点渐进成形工艺。然后根据编制的工艺在渐进成形设备上编制数控程序,制作了单点与双点渐进成形样品。再使用FARO便携式三坐标测量仪,测量了双点渐进成形与单点渐进成形样品的几何精度。最后,提出了一种对比分析数据的方法,对单点渐进成形和双点渐进成形的几何精度进行了定量的对比分析。实验结果表明,在工艺参数相同的前提下,双点渐进成形的几何精度远高于单点渐进成形的几何精度。     

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。     

[成形质量的闭环与自适应控制技术]具有开放几何特征钣金件渐进成形的回弹控制与补偿

实现了具有开放几何特征钣金件的渐进成形。提出采用工艺参数优化、多道次渐进成形和轨迹补偿等方法提高钣金件的几何精度。设计了多道次渐进成形方法的中间构型,目的在于增大材料塑性变形并减小几何偏差。采用层切法轮廓轨迹形成两道次成形中第一道次的构型,为了防止第一道次成形时出现破裂,将非固定方向的成形角度设定为75°,第二道次将非固定方向的板料完全成形。采用基于几何补偿的两道次渐进成形方法可以将开放几何特征钣金件的几何偏差控制在0.5 mm左右。     

On the potential of single point incremental forming of sheet polymer parts

The aim of this paper is to provide an overview into the development and application of single point incremental forming in rapid prototyping and rapid manufacturing of polymer sheet products that will enable the readers to recognize the key influential variables, to identify the process feasibility window, to diagnose possible sources of failure and to understand the routes for selecting the most appropriate materials and operative conditions. The methodology draws from independent determination of mechanical properties and formability limits of polymers to rapid prototyping of truncated conical and pyramidal parts. The investigation is supported by circle grid analysis. Results and observations are explained in the light of theoretical framework based on membrane analysis that is capable of modelling the cold plastic deformation of polymers with pressure-sensitive yield surfaces. The results show that the single point incremental forming of polymer sheets, performed on conventional CNC machining centres, is a cost-effective innovative technology for product development in a manufacturing environment. Applications may span from products with very high depths, taking advantage of the excellent formability of polyethylene terephthalate, to applications in polycarbonate where transparency is kept during cold forming.     

EFFECT OF VELOCITY ON DUCTILITY UNDER HIGH VELOCITY FORMING

The ring expansion procedures over various forming velocities are calculated with ANSYS software in order to show the effect of forming velocity on ductility of rate insensitive materials. Ring expansion procedures are simplified to one-dimensional tension by constraining the radial deformation,with element birth and death method,fracture problem of circular ring are considered. The calculated results show that for insensitive materials of 1060 aluminum and 3A21 aluminum alloy,fracture strain increases corresponding to the increase of forming velocity. This trend agrees well with experimental results,and indicates inertia is the key factor to affect ductility; With element birth and death methods,fracture problems can be solved effectively. Experimental studies on formability of tubular workpieces are also conducted,experimental results show that the formability of 1060 aluminum and 3A21 aluminum alloy under electromagnetic forming is higher than that under quasistatic forming,according to the characteristics of electromagnetic forming,the forming limit diagrams of the two materials tube are also built respectively,this is very important to promote the development of electromagnetic forming and guide the engineering practices.     

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。     

Prediction of sheet forming limits with Marciniak and Kuczynski analysis using combined isotropic-nonlinear kinematic hardening

The forming limit curve (FLC), a plot of the limiting principal surface strains that can be sustained by sheet metals prior to the onset of localized necking, is useful for characterizing the formability of sheet metal and assessing the forming severity of a drawing or stamping process. Both experimental and theoretical work reported in the literature has shown that the FLC is significantly strain-path dependent. In this paper, a modified Marciniak and Kuczynski (MK) approach was used to compute the FLC in conjunction with two different work-hardening models: an isotropic hardening model and a mixed isotropic-nonlinear kinematic hardening model, which is capable of describing the Bauschinger effect. Predictions of the FLC using the MK analysis have been shown to be dependent on the shape of the initial yield locus and on its evolution during work hardening; therefore the hardening model has an influence on the predicted FLC. In this investigation, published experimental FLCs of AISI-1012 low carbon steel and 2008-T4 aluminum alloy sheets that were subjected to various nonlinear loading paths were compared to predictions using both hardening models. The predicted FLCs were found to correlate quite well with experimental data and the effects of strain path changes and of the hardening model on predicted FLCs are discussed.     

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°。     

应用开放式CNC进行金属板材数控渐进成形加工的研究

金属板材数控渐进成形工艺是目前国际上一种新兴的板材成形工艺。本文将原有使用固定支撑模型的反向加工方式进行改进,应用开放式CNC技术,使用了一种通过上下2系统5轴控制成形方式,构建了改进型的数控渐进成形系统,并通过灵活应用工件测量功能,修改数控程序,调节成形工具的成形轨迹,提高成形零件的加工精度。     

不锈钢外板对5A06铝合金板材液压胀形行为的影响

薄壁曲面铝合金零件整体液压成形时,易发生起皱和破裂缺陷,探讨通过施加外层板能抑制缺陷发生的机理。采用5A06铝合金内层板材和1Cr18Ni9Ti不锈钢外层板材,对双层板液压胀形行为进行研究。通过塑性理论分析板材液压胀形屈服半径,讨论经向摩擦力及法向压力对板材应力大小的影响;利用数值模拟给出内层板的应力、应变分布;通过双层板液压胀形试验,对比单层板和双层板条件下,铝合金内层板极限胀形高度、极限应变,分析双层板的变形协调性。结果表明:通过施加不锈钢外层板,减小了5A06铝合金内层板顶部位置面内的双向拉应力,减小了内层板变形区应力、应变梯度,使胀形变形更加均匀,胀形高度提高32%,顶部极限应变提高51.7%,极限应变显著提高。