金屬板料漸進成形質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、漸進成形工藝是一種新興的金屬板料柔性快速成形技術(shù)，由于不需要模具或僅采用簡單模具支撐，即可按照預(yù)先編制的加工程序，通過專用數(shù)控設(shè)備造出成形極限較大，形狀復(fù)雜的板金零件，因此漸進成形技術(shù)特別適合于板金類產(chǎn)品的單件、小批量生產(chǎn)及產(chǎn)品試制。成形質(zhì)量較差與成形效率不高是困擾當前漸進成形工藝應(yīng)用與推廣的兩大主要問題，本文首次針對金屬板料漸進成形質(zhì)量及其控制問題，系統(tǒng)深入的研究了成形零件質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的基本原理、關(guān)鍵工藝及改善措施，主要包括成形工藝與

2、成形機理、漸進成形工藝條件下的材料流動規(guī)律與零件回彈、成形補償技術(shù)及漸進成形自動編程技術(shù)。本文的主要研究內(nèi)容和成果可概括為：
　　 深入研究了金屬板料漸進成形過程及成形機理。漸進成形工藝大致可分為工藝模型建立，工藝準備及成形三個步驟，針對其成形過程，提出了成形過程劃分模型，將整個過程劃分為初始成形，穩(wěn)定成形及終了成形三個主要階段；為研究成形階段材料變形機理，建立其受力分析模型，提出了變形區(qū)劃分方案，進而提出了可能存在的失穩(wěn)形式及

3、危險失穩(wěn)點的判斷方法；綜合各成形階段材料可能存在的變形方式，提出了漸進成形最終變形行為的判斷方案。
　　 深入研究了金屬板料漸進成形過程中材料流動規(guī)律，提出了材料流動的基本規(guī)律-余弦規(guī)律，即在理想條件下，由于簡單夾具及成形零件自身的約束作用，材料僅在成形軸向發(fā)生剪切滑移變形，其變形屬于平面應(yīng)變；基于平面應(yīng)變原理，提出了壁厚分布計算公式，并以此為基礎(chǔ)自主開發(fā)了漸進成形零件厚度計算軟件模塊。對于拉深類漸進成形，由于沒有簡單夾具的約束

4、作用，成形時，金屬板料處于自由狀態(tài)，邊緣材料發(fā)生徑向補充流動，其變形不符合余弦基本規(guī)律，為此，提出了一種基于“虛擬靠模導(dǎo)向法”的壁厚分布有限元估算方法。
　　 深入研究了回彈對金屬板料漸進成形零件質(zhì)量的影響，提出了成形誤差補償回彈評價方法，即通過確定測量方向上的理論補償量與實際補償量之間的差異來衡量回彈大小；按照成形誤差補償回彈評價原理，設(shè)計試驗方案，進行成形試驗，研究表明：成形零件平均回彈量δE值很小，采取誤差補償措施可顯著提

5、高零件成形精度；進而基于主變形區(qū)材料的雙拉應(yīng)力狀態(tài)，提出了該變形區(qū)材料基本不發(fā)生回彈的假設(shè)。為使用有限元方法對成形零件回彈進行研究，自主開發(fā)了漸進成形有限元分析加載路徑自動生成軟件模塊，在此基礎(chǔ)上將彈塑性有限元求解的顯式算法和隱式算法聯(lián)合使用，采用顯式算法模擬成形過程，采用隱式算法模擬回彈過程。模擬結(jié)果表明：材料主要變形區(qū)的回彈很小，且隨著成形角的增大，零件在接觸變形區(qū)的最大回彈量逐漸減小，且呈近似線性關(guān)系。
　　 深入研究了漸

6、進成形補償技術(shù)。為研究精度對成形質(zhì)量的影響，提出了成形精度位移誤差評價方法，即通過確定測量方向上的變形位移誤差來衡量零件成形精度。為進行成形補償，提出了成形力理論計算與修正計算模型。成形過程中，成形工具系統(tǒng)可簡化為一個懸臂梁系統(tǒng)，在成形力的作用下，容易發(fā)生彈性變形，造成成形不足，引起精度下降。分析成形工具與金屬板料的接觸關(guān)系，簡化其過程，借助幾何作圖法建立了成形力理論計算公式，進而通過試驗途徑建立成形力修正公式。在此基礎(chǔ)上，按照幾何補償

7、原理，建立漸進成形補償方案。研究表明，采取補償措施后，成形精度顯著提高，各項指標均滿足設(shè)計要求。
　　 深入研究了漸進成形加工自動編程技術(shù)。自主開發(fā)了自動編程系統(tǒng)，主要實現(xiàn)零件可成形性分析，成形軌跡生成與優(yōu)化，成形加工仿真三個主要功能。以厚度減薄為依據(jù)，設(shè)置閥值，以判斷板料是否會破裂，進而判斷成形可否順利進行。處理導(dǎo)入的模型數(shù)據(jù)以生成成形工具加工軌跡；根據(jù)螺旋線及貝塞爾曲線等具備的優(yōu)良性質(zhì)，針對加工路徑設(shè)計優(yōu)化算法，以光順加工軌