板材软模成形数值模拟研究现状

分析了板材软模成形数值模拟的特点,对目前主要采用的软模成形数值模拟方法进行了阐述和评价,并对三类典型软模成形(液压成形,橡皮成形及粘性介质压力成形)过程数值模拟应用进行了综述,最后对板材软模成形数值模拟发展趋势进行了展望.     

多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

金属板材数控渐进成形工艺的研究进展

为了总结过去十几年国内外学者对板材数控渐进成形工艺技术的研究进展,对渐进成形工艺成形机理方面的研究成果进行了综述,分析了其材料变形的特点;全面概述了近年来国内外学者有关成形工艺参数对成形极限、成形精度、表面质量及能耗和效率的影响方面的研究成果,并介绍了国内外金属板材渐进成形装备的研究进展,最后对新兴的板材渐进成形工艺进行了总结概括。现有研究表明,成形件几何精度、表面质量和成形效率等方面的不足仍然是制约该技术广泛工业化应用的关键问题,同时渐进成形件的形性协同控制机理也亟待研究。     

基于金属板材渐进折弯成形的闭环控制系统性能分析

为了解决板材成形回弹问题,将自动控制理论中反馈控制的思想引入到板材渐进折弯成形过程.利用先进的控制技术来解决板材工件的精确成形.然而,闭环控制的稳定性、准确性和快速性会直接影响到系统的正常工作.针对闭环系统稳定性对工件成形品质的影响,建立了渐进折弯成形闭环控制系统模型.通过理论推导,利用小线性化处理及模型简化方法求解闭环系统传递函数及特征方程.采用离散根轨迹法并进行了Matlab/Simulink仿真试验,其结果表明,系统总增益等于一时能确保成形工件形状稳定、快速、准确收敛到目标形状.     

板材成形模拟的研究和应用

介绍了板材成形数值模拟技术的研究和应用在国内外发展的概况,并从基本算法、单元模型和网格划分、材料模型、接触摩擦、起皱问题、破裂问题和回弹计算等方面介绍了弹塑性有限元的基本原理、关键技术和主要难点,结合在工厂实际生产中的使用情况和存在的问题,展望了板材数值模拟技术今后的发展方向.     

金属板材单点渐进塑性成形过程的计算机模拟

研究了金属板材单点渐进塑性成形的成形机理,通过建立渐进成形的变形模型,详细分析了变形过程中受力的情况及成形过程,利用ANSYS软件对成形过程进行了计算机模拟.     

国外金属板材单点渐进成形技术研究的新进展

介绍单点渐进成形技术的内涵以及国外最新进展。针对单点渐进成形技术目前存在的成形锥角和回弹等制约性因素,分析了国外主要研究机构在这一领域开展的最新研究和取得的一系列技术突破。     

工艺参数对多点复合渐进成形厚度减薄的影响

为提高成形质量、预防破裂等缺陷,在金属板材多点复合渐进成形的基础上,通过建立三维有限元模型,对不同工艺参数成形方锥台制件进行了数值模拟和分析,探讨了制件成形过程中厚度分布和变化情况及不同工艺参数对厚度减薄率的影响.数值模拟结果表明,制件成形区对角线上的厚度减薄相比中线上的更严重,工具头直径和板材初始厚度越小、成形角和进给量越大,制件所能达到的最大厚度减薄率越大,制件越易破裂.多点复合渐进成形试验表明,数值模拟结果与实验相吻合.     

板料渐进成形数值模拟与实验研究

为提高渐进成形的成形效率和成形质量,了解板料渐进成形的变形规律及工艺参数对成形的影响,采用有限元方法对板料渐进成形过程进行了数值模拟研究,分析了斜壁盒形件渐进成形过程应力分布和厚度变化趋势,通过对不同进给量和不同成形路径进行数值模拟,分析了工艺参数对成形的影响.结果表明,斜壁盒形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面拐角处;成形过程中工具头运动轨迹应尽量采用走螺旋线的方式,可以提高成形件的成形能力和成形质量.渐进成形实验表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

大型U形板材工件渐进滚弯成形数值模拟

利用ABAQUS有限元分析平台,对大型U形板材工件渐进滚弯成形及其回弹过程进行数值模拟。针对半椭圆形工件形状,提出用半径不同的5段圆弧逼近的几何规划。在此基础上,合理设计滚弯道次,调整ABAQUS参数设置。用模拟优化的工艺参数成形加工半椭圆形板材工件,经origin8拟合配准,其各段曲率半径最大误差小于5%。模拟结果表...     

Using genetic algorithm-back propagation neural network prediction and finite-element model simulation to optimize the process of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal

Using neural network to predict punch radius based on the results of air-bending experiments of sheet metal is a high efficiency work in spite of little error. A three-layer back propagation neural network (BPNN) is developed to best fit this discrete engineering problem involving many parameters of air-bending forming. A genetic algorithm (GA) is used to optimize the weights of neural network for minimizing the error between the predictive punch radius and the experimental one. Then, with the predicted punch radius and other geometrical parameters of a tool, 2D and 3D ABAQUS finite-element models (FEM) are established, respectively. The original forming process of multiple-step incremental air-bending of sheet metal, obtained from geometric planning for semiellipse-shaped workpiece, is simulated using the FEM. This process is further adjusted with simulation-optimization results, because of existing large errors in the workpiece simulated with the original forming process. Finally, a semiellipse-shaped workpiece, with average errors of +0.61/−0.62 mm, is manufactured with the optimized adjustment process. The experimental results show that the punch design method is feasible with the prediction model of GA-BPNN, and the means of optimizing process with FEM simulation is effective. It can be taken as a new approach for punch and process design of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal.     

薄板类件多点成形过程的数值模拟

以希尔关于弹塑性材料唯一性的充分性条件为理论基础,采用虚功率增率型原理,建立了多点成形的有限元模型,探讨了板材厚度、材质及弹性介质等因素对成形结果的影响,通过数值模拟找出参数合适的弹性介质,并对薄板类件的多点成形过程进行了实验验证.研究表明,通过使用参数合适的弹性介质,可以有效抑制压痕现象的产生,并能保证工件的成形精度;实验验证表明对马鞍形件多点成形过程中压痕现象的模拟是合理的.     

渐进成形A3003铝板减薄带分析及数值模拟研究

研究渐进成形过程中板料减薄带的变化,可以提供合理的加工参数,提高板料的成形性能和加工利用率,减少零件破裂失效.基于渐进成形过程中金属板料轮廓的变化与理想情况下轮廓的区别,对渐进成形初始成形阶段A3003铝板减薄带的产生原因和剪切力的变化过程进行了理论分析,并通过有限元模拟分别从未变形区金属板料的长度和强度两个角度对板料渐进成形过程中未变形区下沉的影响,以及成形角度和杨氏模量对变形区回弹的影响两个方面,对减薄带的产生原因进行研究.结果表明:板料未变形区的下沉和变形区的回弹使板料在初始加工阶段形成一段平缓区域,工具头在平缓区域的变形性质发生了变化,平缓区域发生剪切变形导致了板料在初始加工阶段形成了减薄带;渐进成形时减小板料未变形区的长度,增大板料与垂直方向的角度可以一定程度上阻碍减薄带的产生,模拟结果与理论分析相符合.     

Efficient implicit simulation of incremental sheet forming

In single point incremental forming (SPIF), the sheet is incrementally deformed by a small spherical tool following a lengthy tool path. The simulation by the finite element method of SPIF requires extremely long computing times that limit the application to simple academic cases. The main challenge is to perform thousands of load increments modelling the lengthy tool path with elements that are small enough to model the small contact area. Because of the localised deformation in the process, a strong nonlinearity is observed in the vicinity of the tool. The rest of the sheet experiences an elastic deformation that introduces only a weak nonlinearity because of the change of shape. The standard use of the implicit time integration scheme is inefficient because it applies an iterative update (Newton–Raphson) strategy for the entire system of equations. The iterative update is recommended for the strong nonlinearity that is active in a small domain but is not required for the large part with only weak nonlinearities. It is proposed in this paper to split the finite element mesh into two domains. The first domain models the plastically deforming zone that experiences the strong nonlinearity. It applies a full nonlinear update for the internal force vector and the stiffness matrix every iteration. The second domain models the large elastically deforming zone of the sheet. It applies a pseudolinear update strategy based on a linearization at the beginning of each increment. Within the increment, it reuses the stiffness matrix and linearly updates the internal force vector. The partly linearized update strategy is cheaper than the full nonlinear update strategy, resulting in a reduction of the overall computing. Furthermore, in this paper, adaptive refinement is combined with the two domain method. It results in accelerating the standard SPIF implicit simulation of 3200 shell elements by a factor of 3.6. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

正交异性板料拉深件快速展开与成形模拟

针对板件初始毛坯形状计算以及正交异性板的快速有限元分析问题,依据拉深件的UG模型,导出了零件的三角网格数据,并采用几何映射方法得到了用于快速有限元分析的拉深件初始展开毛坯.在此基础上,基于理想变形假设以及Hill’48正交异性屈服准则,给出了用于拉深件成形过程快速分析的一步法数学公式和有限元表达,并在Unigraphics系统中进行了有限元分析的后置处理.此外,对TC1钛板筒型拉深件毛坯初始形状进行了优化,并对成形中拉深件厚向应变分布进行了分析,得到了满意结果.     

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.     

基于尺度效应的微细薄板本构模型的建立

为了研究厚度对微细板料成形性能的影响,采用厚度分别为0.1、0.2,0.3,0.4,0.5 mm和1 mm的AISI 304不锈钢薄板进行单向拉伸实验.实验结果表明,当板料厚度小于1 mm时,材料的流动应力随着试样厚度的增大而增大,表现出比较明显的尺度效应.在拉伸实验的基础上,将板料厚度因子引入Swift模型,建立了基于尺度效应的微细薄板的本构模型.该模型的计算结果和实验数据吻合较好.