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。     

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。     

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。     

液体介质加热的镁合金板料热渐进成形极限研究

成形极限是板料加工过程中重要的性能指标和工艺参数。本文提出了一种利用液体同时支撑和加热的热渐进成形加工方案,以倒圆锥为研究对象,以成形极限角为研究指标,通过正交实验的方法研究了温度、层间距和工具头直径等工艺参数对热渐进成形极限的影响,并进行了理论解析。结果表明,成形极限角随着成形温度的提高而显著增大,随着层间距的增大而显著越小。工具头直径对成形极限角影响不显著。     

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。     

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)。     

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。     

大角度锥台单道次渐进成形工艺的研究

以大角度锥台为研究对象,通过单道次渐进成形试验,分析了工具头半径、轴向进给量、进给速度和主轴转速等对用成形角表示的成形极限的影响;分析了板材厚度对板材减薄率的影响。试验结果表明,影响该类零件成形极限的主要因素依次是轴向进给量、进给速度、主轴转速和工具头半径。板料初始厚度越大,允许的变形区厚度减薄越大。     

TA1板单点渐进成形壁厚变化规律的数值模拟研究

钛及其合金应用越来越广泛,目前单点渐进成形技术已经开始运用于钛及其合金的成形加工,但仍存在成形件壁厚过度减薄的问题,严重影响了成形件的成形质量。文章以TA1钛合金板材成形方锥形件为研究对象,运用Abaqus有限元仿真软件,依据单一变量原则,分别探究工具头直径、底面边长、板材原始厚度和螺距等工艺参数对成形件平均壁厚减薄率与最大壁厚减薄率的影响规律。结果显示:增大工具头直径,平均壁厚减薄率随之增大,最大壁厚减薄率随之减小;平均壁厚减薄率和最大壁厚减薄率都随着底面边长的增加而增加;板材原始厚度增加,平均壁厚减薄率与最大壁厚减薄率都随之减小;随着螺距的增加,平均壁厚减薄率逐渐减小,最大壁厚减薄率逐渐增大。     

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。     

Effects of forming parameters on temperature in frictional stir incremental sheet forming

Frictional stir Incremental sheet forming (ISF) is a new technology used to fabricate parts of hard-to-form materials without using heating equipment. Thus far, limited information is known about the effects of main forming parameters, except spindle speed of the tool, on the temperature of formed sheet in friction-stir ISF. The effects of six forming parameters, namely, sheet thickness, tool vertical step, tool diameter, spindle speed, feed rate, and wall angle of the formed part, were identified using the design of experiment of orthogonal array, analysis of response tables and graphs, and analysis of variance. Results show that spindle speed, feed rate, sheet thickness, and tool vertical step significantly affect the temperature of the sheet. In addition, the temperature of the sheet is significantly increased by increasing sheet thickness, tool vertical step, and spindle speed but significantly decreased with increasing tool feed rate.

     

Determining frustum depth of 304 stainless steel plates with various diameters and thicknesses by incremental forming

Nowadays incremental forming is more popular because of its flexibility and cost saving. However, no engineering data is available for manufacturers for forming simple shapes like a frustum by incremental forming, and either expensive experimental tests or finite element analysis (FEA) should be employed to determine the depth of a frustum considering: thickness, material, cone diameter, wall angle, feed rate, tool diameter, etc. In this study, finite element technique, confirmed by experimental study, was employed for developing applicable curves for determining the depth of frustums made from 304 stainless steel (SS304) sheet with various cone angles, thicknesses from 0.3 to 1 mm and major diameters from 50 to 200 mm using incremental forming. Using these curves, the frustum angle and its depth knowing its thickness and major diameter can be predicted. The effects of feed rate, vertical pitch and tool diameter on frustum depth and surface quality were also addressed in this study.     

激光冲击金属板料变形的 最小激光能量估算及其实验研究

介绍了激光冲击板料变形的机理和冲击波产生的原因,提出了激光冲击板料变形中激光－能量转换体－靶材系统的爆轰波压力估算式。根据此压力估算式和材料的动态屈服强度,对激光冲击板料变形中所需的最小激光能量进行了估算,板料厚度为0.5 mm,约束凹模孔径Φ20 mm,在光斑直径6 mm,脉宽25 ns条件下的不锈钢靶材变形所需的最低脉冲能量大约为11 J。实验结果表明估算的最小激光能量与板料变形所需的能量阈值基本一致,且板料变形量随激光能量的增加呈非线性增大。最小激光能量的估算以及能量与板料变形的实验研究为板料变形的精确控制和预测提供了理论依据。     

Improving profile accuracy in SPIF process through statistical optimization of forming parameters

In single-point incremental forming (SPIF) process, a number of parameters are involved and need to be adjusted before the commencement of the forming operation. The inappropriate selection of these parameters could be detrimental to process accuracy. In this paper, the effect of five parameters, namely, sheet thickness, tool radius, step size, wall angle, and pre-straining level of sheet, on the profile accuracy of the produced part of AA1060 with SPIF is experimentally investigated. A response surface method is employed for the experimental design and regression analysis. The experimental results are presented in the form of graphical three-dimensional response surfaces. The results of ANOVA show that the sheet thickness, wall angle, step size, and the interaction between the sheet thickness and wall angle are extremely significant in terms of their effect on profile accuracy. Furthermore, an empirical model is proposed to achieve improved profile accuracy in terms of the optimized parameters.     

数控渐进成形中的鼓包问题分析

针对渐进成形过程中的鼓包问题,分析了该现象的形成原因,利用简单试验法分析了零件成形角度、成形深度、成形零件直径、零件形状对鼓包问题的影响规律;并采用三因素两水平的正交试验方法分析了工具头直径、板料厚度、每层进给量及其交互作用对成形结果的影响。结果表明:板料成形角度越小鼓包高度越大,通过优化成形工艺参数可以减小鼓包高度,采用渐进成形正成形方法可以从根本上解决鼓包问题。     

铜铝复合板渐进成形回弹缺陷研究

为了讨论不同工艺参数对复合板渐进成形回弹的影响,建立了包含工具头、复合板材和复合界面的三维有限元模型,通过对比T形剥离结果得到复合界面内聚力单元参数,通过实验验证了有限元模型的可靠性.实验结果表明,成形角对双金属复合板渐进成形回弹最敏感,工具头直径对回弹敏感度最低,另外,内聚力单元能有效模拟双金属复合板结合界面,模拟误...     

Force prediction for single point incremental forming deduced from experimental and FEM observations

The aim of the study was to establish practical formulae allowing to predict the forces occurring during the single point incremental forming process. This study has been based on a large set of systematic experiments on the one hand and on results of finite elements modeling simulations on the other. This led to analytical formulae allowing to compute the three main components of the force for five selected materials in function of the working conditions (sheet thickness, wall angle, tool diameter, and step down) with a good precision. Moreover, a general model has been deduced, allowing to compute an approximate value for the force for any material, based on knowledge of the tensile strength only.     

基于集磁器的电磁冲裁工艺的设计与模拟

基于LS-DYNA R8.0有限元软件,建立了航天领域中运载火箭用膜片的基于集磁器的电磁冲裁成形工艺有限元模型,揭示了集磁器作用下电流、磁场、磁场力和板料应力状态等的变化规律,并优化了放电电压和坯料直径等工艺参数。结果表明：集磁器的应用使得断面质量得到优化,强化剪切变形;基于集磁器的电磁冲裁工艺中,板料呈撕裂式断裂模式;随放电电压增大,板料的变形剧烈程度增大,断口圆角带减小,落料件直径呈先减小后增大趋势;随坯料直径增大,板料的变形剧烈程度先增大后减小,断口圆角呈先减小后增大趋势,落料件直径呈先增大后减小趋势;放电电压和坯料直径优化值分别为12 kV和130 mm。