半球形件渐进成形路径的参数化研究

摘要

金属板料渐进成形是一种新型柔性制造工艺，它采用快速成形技术中“三维分层制造”的思想，对板料进行连续局部塑性成形，通过变形的积累从而获得零件的最终形状。半球形件是板料成形中的典型零件之一，研究其渐进成形参数化路径能快速成形出任意给定尺寸的半球形件，对其他具有半球形状的复杂零件成形也具有重要意义。 本文基于ANSYS/LS-DYNA平台构建了金属板料零件外轮廓支撑渐进成形过程的有限元模型，采用数值模拟方法研究了半球形件渐进成形过程中板料节点的运动情况以及成形后制件壁厚分布的影响因素，探讨了半球形件渐进成形路径的设计原则和参数选择依据，分析了成形过程中常见的破裂、刀位点痕迹和底部下沉等缺陷产生的原因，提出了相应的解决措施。结果表明，成形角、道次间夹角、成形方式、工具头直径、轴向进给量等会影响成形后制件的壁厚分布。 根据得到的路径设计原则和对成形过程影响因素的分析结果，合理选择工艺参数，以壁厚均匀性为目标，通过数值模拟对给定尺寸半球形件的外轮廓支撑渐进成形过程进行路径设计和优化，得到了四道次成形路径方案，并通过实验得到验证。 在此基础上，本文还研究了半球形件渐进成形路径参数化的可行性，通过多项式拟合的方法得到了半球形件成形路径的参数化方程，并分别通过数值模拟和实验进行了验证。结果表明，用1060Al成形时该参数化方程成形出的半球形件壁厚均匀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 板料渐进成形工艺简介

1．2．1 板料渐进成形工艺分类

1．2．2 板料渐进成形工艺特点及应用

1．3 板料渐进成形工艺研宄现状

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 课题组研究现状

1．3．3 半球形件渐进成形工艺研究现状

1．4 课题主要内容

1．5 本章小结

第二章 板料外轮廓支撑渐进成形工艺的数值模拟

2．1 有限元模拟基础

2．1．1 有限元分析软件的选择

2．1．2 有限元分析过程概述

2．2 有限元模型的建立

2．2．1 外轮廓支撑渐进成形过程工艺分析

2．2．2 有限元模拟前处理

2．2．3 求解过程控制

2．2．4 有限元模拟后处理

2．3 本章小结

第三章 半球形件外轮廓支撑渐进成形规律的模拟研究

3．1 半球形件渐进成形工艺分析

3．2 首道次成形规律的模拟研究

3．2．1 外轮廓支撑渐进成形板料壁厚变化规律

3．2．2 板料节点运动及单元壁厚影响因素的研究

3．3 后续道次成形规律的模拟研究

3．3．1 自上而下成形方式的研究

3．3．2 自下而上成形方式的研究

3．3．3 两种成形方式对比

3．4 半球形件渐进成形工艺缺陷的研究

3．4．1 破裂

3．4．2 下刀点痕迹

3．4．3 底部下沉

3．5 本章小结

第四章 半球形件外轮廓支撑渐进成形工艺路径的研究

4．1 目标制件分析

4．2 外轮廓支撑渐进成形路径设计

4．2．1 半球形件成形性分析

4．2．2 两道次成形

4．2．3 三道次成形

4．2．4 四道次成形

4．3 本章小结

第五章 半球形件外轮廓支撑渐进成形路径的参数化研究

5．1 成形路径方程的参数确定

5．2 渐进成形路径的缩放研究

5．2．1 横向方向

5．2．2 纵向方向

5．3 成形路径的参数化

5．3．1 路径曲线的离散化

5．3．2 路径曲线的拟合

5．3．3 参数化路径的实现

5．4 参数化路径验证

5．4．1 数值模拟验证

5．4．2 实验验证

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文