响应曲面法在SPIF表面粗糙度预测及多目标优化中的应用

以45°方锥台为研究对象,通过响应曲面分析法(RSM),利用Design-Export 8.0数学统计软件对SPIF的成形参数进行分析,采用Box-Behnken Design(BBD)实验方法,设计四因素三水平实验方案考察工具头直径D、层进给量Z、进给速度F和主轴转速S这四个因素对SPIF表面粗糙度值的影响,分别建立了SPIF纵向表面粗糙度和横向表面粗糙度的响应模型;进一步分析实际成形条件对成形参数的约束,以纵向和横向表面粗糙度整体最优,提高SPIF表面的成形质量为目标建立成形参数多目标优化模型;设计遗传算法程序并借助Matlab遗传算法工具箱进行优化问题求解。通过实验验证,该算法可以有效快速的获得满足多约束条件下的最佳成形参数。     

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°。     

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。     

铝合金单点增量成形轴向成形力实验与仿真

开展十字锥台零件单点增量成形实验,并测量了成形过程中的轴向成形力,研究轴向成形力变化规律。其次应用Abaqus有限元分析软件,分别选择不同的硬化准则和网格模型对零件外侧壁的成形进行仿真,结果显示,使用voce硬化准则和实体网格的局部有限元模型能够更准确的预测轴向成形力,在成形进入稳定后,仿真得到的轴向成形力与实验值的误差约为12.3%。基于此仿真模型研究了不同工具头半径,层间距和板厚对轴向成形力的影响,通过3参数3因素正交分析表明,板厚因素对成形力对轴向成形力影响最大。为了预测加工不同厚度板料时的轴向成形力,拟合得到板厚与轴向力的指数关系,具有较高的预测精度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多目标粒子群优化算法在薄板冲压成形中的应用

有限元分析与优化算法相结合来提高板料的成形质量、缩短设计周期己在板料成形领域得到广泛的研究.传统的优化方法主要是将多目标问题转化为单目标问题进行研究,然而,评价一个板料的成形质量应该是多方面的(如拉裂、起皱和成形不足等)并且各个质量特性之间可能会发生相互冲突.因此直接采用多目标优化算法来提高板料的成形性具有非常重要的现实意义.采用自主开发的STLMesher软件建立模具的参数化模型,在此基础上将试验设计、能代表实际冲压过程精度较高的近似模型和多目标粒子群优化算法相结合,获得了一组最小化起皱和拉裂缺陷的非劣解.在板料成形优化过程中调用的是近似模型,大大减少了调用有限元模型的次数,提高了优化效率.为指导工程设计人员快速有效地从非劣解集中挑选出一组成形效果最好的解,提出最小距离选解法,选出的解实现了对起皱和拉裂缺陷的优化,提高了板料的成形性能.数字算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性.     

单点渐进成形工件表面质量控制因素研究

表面质量是单点渐进成形工件质量的重要指标之一。为了优化工艺参数,进一步提高成形工件的表面质量,采用表面粗糙度仪和体式显微镜等仪器设备对金属渐进成形工件表面的鱼鳞状纹路的形成机理进行了实验研究,建立了工件表面"鱼鳞纹"的周期长度与进给速度、主轴转速之间的数学关系,解释了"鱼鳞纹"产生的原因,研究了进给速度、主轴转速等因素对表面质量的影响。实验结果表明可以通过控制进给速度、主轴转速等因素减少鱼鳞纹的影响,进一步提高成形工件的表面质量。     

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。     

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。     

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)。     

多道次单点渐进成形变形规律试验研究

针对材料在多道次单点渐进成形中的变形规律,研究了其流动特性和应变分布。试验结果表明,多道次单点渐进成形所得零件存在较为明显的第二主应变,且随成形深度的增大而增大,同时,零件壁厚随成形深度的增大明显地减小。针对此问题进行了补充试验,证明增加成形道次可在一定程度上改善成形质量。此外,结合对试验数据的分析,分析了壁厚随成形深度变化的原因,指出对于大成形角度的零件在多道次单点渐进成形中存在成形深度极限。     

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%。