金屬板料漸進成形性能的研究.pdf

1、單點漸進成形技術(shù)（SPIF，single point incremental forming）是一種新型鈑金加工技術(shù)，適用于小批量生產(chǎn)和樣件加工。
　　 本課題主要研究對象為金屬板料在漸進成形中的成形性能，提出了一種測試板料最大成形極限角的新方法。新方法使用一個成形角沿深度方向變化的零件，在工具頭的作用下，板料以余弦規(guī)律變薄，即加工后的板料厚度等于其原始厚度乘以該處成形角的余弦值。試樣在減薄率達到極限值時破裂，破裂處的成形角為

2、0°到90°之間的某一數(shù)值，這一數(shù)值即可看作是試樣材料在單點漸進成形工藝中的最大成形極限角。這種方法可以用單個試件計算出最大成形極限角。而傳統(tǒng)的測試方法要使用一系列成形角不同的零件來確定最大成形極限角。這種新測試方法的三個幾何參數(shù)（即試樣零件的口徑、零件幾何體母線的曲率半徑和最初成形角）及試樣形狀對成形性能的影響已通過實驗的方法做了研究。實驗結(jié)果表明，在特殊的范圍內(nèi)，試樣的成形性能隨上述三個參數(shù)中前兩個參數(shù)的增大而提高，隨第三個參數(shù)的增

3、大而降低。在形狀方面，實驗表明零件的拐角對成形性能是有影響的。以上發(fā)現(xiàn)有助于試件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。除最大成形角外，成形極限曲線也可以用來描述單點漸進成形的成形性能。本論文中提出了幾種測試FLC的新方法，與原有方法的結(jié)果做了比較，并指明了原有測試方法的不足，實驗發(fā)現(xiàn)新方法測出的成形性能要好于原有方法，所以新方法測得的FLC更加精確。
　　 在完善了新的測試方法后，研究了工具頭半徑、加工步長、成形速度和板厚等工藝參數(shù)對成形性能的影響。參

4、數(shù)的變化范圍要遠遠大于先前的研究。以前的研究中，沒有考慮到兩個參數(shù)的交互作用對成形性能的影響，本課題第一次使用響應(yīng)面法對交互作用的影響做了研究。在研究純鈦板的成形性能時，提出了一種新的潤滑工藝，在鈦板表面覆蓋一層孔徑特定的多孔氧化膜以容納固體潤滑劑，避免工具頭與鈦板的黏著。 研究發(fā)現(xiàn)，兩個參數(shù)的交互作用對成形性能是有影響的，其中工具頭半徑和加工步長的交互作用、工具頭半徑和板厚的交互作用對成形性能的影響是非常明顯的。為了獲得材料的最大成形

5、性能，必須從交互作用的層次去選擇參數(shù)，例如板厚的增加并非總能提高成形性能，還應(yīng)當(dāng)考慮到工具頭半徑的影響。有限元分析表明，使用小工具頭時，接觸力和接觸應(yīng)力隨板厚的增加而增加，造成了成形性能的降低。成形速度對成形性能的影響是因材料而異的，對于鋼板和鈦板，成形速度在不同的范圍內(nèi)，對成形性能有積極或消極的作用，但對于鋁板，成形性能沒有受到成形速度較為明顯的影響。一系列經(jīng)驗公式的提出，有助于預(yù)測沖壓和漸進成形的成形性能。
　　 為了確定對

6、成形性能影響最大的材料性能參數(shù)，實驗對大量的材料進行了實驗。實驗發(fā)現(xiàn)，同之前的觀點不同，材料的單拉斷面收縮率是與成形性能最相關(guān)的參數(shù)，并且可以用來評定材料的成形性能。此外，本課題中對比了漸進成形與沖壓工藝在成形性能上的區(qū)別，漸進成形提高了材料的成形性能，提高的比率隨破裂處厚向真應(yīng)變的增加而增加。
　　 最后闡述了成形缺陷可能會造成的影響，首次研究了成形缺陷與成形性能的關(guān)系。定義了擠出飛邊、 向內(nèi)褶皺和底部凸包三種缺陷，發(fā)現(xiàn)三種缺

7、陷的出現(xiàn)均會對成形性能造成影響。對工具頭半徑、板厚、加工步長、成形角、屈服應(yīng)力和加工硬化指數(shù)等參數(shù)對成形缺陷的影響程度做了計算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)擠出飛邊和向內(nèi)褶皺在使用小工具頭加工厚板的時候容易出現(xiàn)，其程度隨成形角、加工步長和屈服應(yīng)力的增長而增大。有限元分析結(jié)果表明，擠出飛邊現(xiàn)象的加劇是由于工具頭軸向上的接觸力和壓應(yīng)力增加造成的。加工硬化指數(shù)是產(chǎn)生底部凸包現(xiàn)象相關(guān)性最大的因素，上凸的高度隨加工硬化指數(shù)、板厚和加工步長的增加而增加，隨成形角的增加