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。     

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。     

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。     

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.     

金属板料单点渐进成形性能的研究

通过数控机床渐进成形锥形零件,试验测量不同因素(原始板厚、垂直增量步长、润滑剂种类、零件形状)下的成形极限角,以此来比较渐进成形性能。另外,使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对影响因子(原始板厚、垂直增量步长、零件形状)进行数值模拟,得到各种情况下的厚度分布、等效应力应变云图。通过试验和数值模拟,分析不同因素对板料渐进成形性能的影响规律,并初步探究其内部机理。结果表明:大的原始板厚和适当的增量步长有利于渐进成形性能的提高。与L-HM 46抗磨液压油和混合润滑剂相比,选用极压复合锂基润滑脂,1060铝板有更好的渐进成形能力。方锥台的成形性能比圆锥台高。     

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。     

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。     

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。     

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。     

NC INCREMENTAL SHEET METAL FORMING PROCESS AND VERTICAL WALL SQUARE BOX FORMING

The forming principle and deformation analysis of NC incremental sheet metal forming process as well as the process planning, experiment and key process parameters of vertical wall square box forming are presented. Because the deformation of sheet metal only occurs around the tool head and the deformed region is subjected to stretch deformation, the deformed region of sheet metal thins, and surface area increases. Sheet metal forming stepwise is to lead to the whole sheet metal deformation. The forming half-apex angle θ and comer radius R are the main process parameters in NC incremental forming of vertical wall square box. According to sine law, a vertical wall square box can't be formed by NC incremental sheet metal forming process in a single process, rather, it must be formed in multi processes. Thus, the parallel line type tool path process method is presented to form the vertical wall square box, and the experiment and analysis are made to verify it.     

基于点支撑的板料无模渐进成形形状失稳问题

提出用顶杆在关键部位支撑板料的点支撑工艺,代替模型支撑,使成形过程周期短、成本低,降低了压头负荷,并可实现真正意义上的无模成形。但在这种点支撑成形工艺下,容易出现形状失稳现象。用轴对称抛物面、圆锥面和双曲面作为研究对象,进行大量试验,发现圆锥面是失稳的临界形状,当形状大于圆锥面时,如抛物面薄壳件,易出现失稳,小于或等于圆锥面的形状则不出现形状失稳。分析了产生失稳现象的各种因素,提出了有针对性的解决方案,经试验证明能够较好地克服薄壳件失稳的出现。     

电磁成形中板料厚度与变形深度的关系

通过纯铝板的电磁胀形试验,发现在工艺条件相同的情况下,不同厚度的板料有不同的变形深度,而且在试验条件下,对于性能相同的材料,厚板的变形深度比薄板的要大。对这一现象进行了分析,认为这是由于不同的板料厚度可以导致不同的设备能量利用率,而其最根本的原因则是趋肤效应。在设备能量相同的情况下,若板料厚度小于趋肤深度,则板料的厚度越大,变形深度越大;板料厚度大于趋肤深度时,板料厚度越大,变形深度越小。并且分析了如何能获得一个最高的设备能量利用率,得出了设备电容与放电回路电感之间的关系。研究成果对指导电磁成形的工艺设计有着重要的意义。     

DEFORMATION ANALYSIS OF SHEET METAL SINGLE-POINT INCREMENTAL FORMING BY FINITE ELEMENT METHOD SIMULATION

Single-point incremental forming （SPIF） is an innovational sheet metal forming method without dedicated dies, which belongs to rapid prototyping technology. In generalizing the SPIF of sheet metal, the deformation analysis on forming process becomes an important and useful method for the planning of shell products, the choice of material, the design of the forming process and the planning of the forming tool. Using solid brick elements, the finite element method（FEM） model of truncated pyramid was established. Based on the theory of anisotropy and assumed strain formulation, the SPIF processes with different parameters were simulated. The resulted comparison between the simulations and the experiments shows that the FEM model is feasible and effective. Then, according to the simulated forming process, the deformation pattern of SPIF can be summarized as the combination of plane-stretching deformation and bending deformation. And the study about the process parameters＇ impact on deformation shows that the process parameter of interlayer spacing is a dominant factor on the deformation. Decreasing interlayer spacing, the strain of one step decreases and the formability of blank will be improved. With bigger interlayer spacing, the plastic deformation zone increases and the forming force will be bigger.     

QUANTITATIVE PREDICTION FOR SPRINGBACK OF UNLOADING AND TRIMMING IN SHEET METAL STAMPING FORMING

Based on the elastic-plastic large deformation finite element formulation as well as the shell element combined discrete Kirchhoff theoretical plate element (DKT) with membrane square element, deep-drawing bending springback of typical U-pattern is studied. At the same time the springback values of the drawing of patterns' unloading and trimming about the satellite aerial reflecting surface are predicted and also compared with those of the practical punch. Above two springbacks all obtain satisfactory results, which provide a kind of effective quantitative pre-prediction of springback for the practical engineers.     

金属板材成形应力统一解

为了弄清材料拉压强度不相等时板材成形问题的应力解答和最大截面缩减率,根据统一强度理论,对金属板材成形问题进行分析,得出考虑中间主切应力影响和材料拉压比影响的金属板材成形应力统一解,以及反映最大截面缩减率与拉压比和中间主切应力参与系数之间关系的统一解,给出韧性金属板材成形最大截面缩减率可能的取值域.分析过程中引入一个反映金属板材拉制和压制工艺的系数,将金属板材成形问题的拉制解和压制解统一起来.当材料拉压强度相同时,金属板材成形应力统一强度理论解退化为金属板材成形应力统一屈服准则解,金属板材成形应力的Mises解是金属板材成形应力统一屈服准则解的特例.     

金属板料渐进成形有限元仿真过程中复杂成形路径的构建方法

提出一种用于获得复杂空间运动轨迹的方法——虚拟靠模导向法。该方法借鉴了数控加工中COPY铣的思想,利用轨迹生成球在由零件派生出的虚拟靠模表面上的持续运动来模拟实际成形工具的运动过程,从而获得最终成形路径。基于该思想和简单的运动学原理,轨迹球与虚拟靠模有限元模型被构建起来。通过对计算过程进行分析,确定运用该法时适合的加载力、成形速度及计算精度的影响因素。因该法完全基于有限元模拟计算,故获得的成形路径可直接导入至后续的金属板料成形过程的模拟分析。该法已在有限元软件PAMSTAMP平台上得以实现,并主要用于金属板料渐进成形过程的有限元仿真。     

板材冲压成形中的弯曲与反弯曲变形问题的研究

基于多角弯曲成形时的弯曲和反弯曲变形模型 ,对弯曲、拉深、胀形及翻边等基本冲压成形方式进行了研究 ,分析了各种成形方式中的弯曲、反弯曲现象 ,导出了产生反弯曲变形的判定条件 ,提出了当量弯曲角的概念 ,给出了正确计算成形力的方法。研究结果表明 ,对许多冲压成形 ,在变形的初始阶段并不存在反弯曲变形。