金属板料单点渐进成形的回弹研究

摘要

单点渐进成形是一种生产成本低、柔性化程度高的生产技术，它已经在汽车制造、航空航天、医疗器械等领域得到广泛应用。然而利用该技术成形的零件存在严重的回弹缺陷，这往往导致零件的形状尺寸不满足加工精度要求。因此针对零件的回弹缺陷问题，重点研究了部分工艺参数对成形件回弹量的影响规律。本文的具体工作内容如下： （1）采用数值分析法研究了三种工艺参数与成形件回弹量的关系，包括不同板料厚度、不同底面面积以及不同支撑方式。发现板料厚度对成形件的侧壁和底部的回弹量成反比关系。成形件的底面积对成形件侧壁的负回弹量成反比关系。与下压板未伸出方式相比，下压板伸出方式下的成形件侧壁负回弹量更小。随后推导出了适用于方锥件的壁厚计算公式，并对公式的正确性进行了实验验证。 （2）机床实验验证了板料厚度和底面面积对回弹量的变化规律。随后，实验发现成形件在下压板未伸出方式下加工时，成形件的负回弹严重降低了零件的加工精度。因此采用正交实验研究了四种因素与负回弹之间的关系，包括成形温度、层进给量、成形角、成形件高度。实验结果表明，成形角是影响成形件侧壁负回弹量的主要原因，成形件高度是影响侧壁负回弹量的次要因素。最优参数组合为成形角40°，成形温度250℃，层进给量1.5mm，成形件高度25mm。 （3）实验发现改变工艺参数水平只能抑制成形件的回弹，通过刀具路径补偿可以有效减小成形件的回弹。因此通过机床实验分别对成形角为45°和50°的成形件的正回弹段和负回弹段进行了刀具路径补偿。发现刀具路径补偿值均为0.5mm时，其补偿效果最好，45°和50°成形件的正回弹量平均值经补偿后分别为0.11mm，0.39mm。采用刀具路径补偿后成形件侧壁负回弹量也明显减小了。 （4）为了有效建立成形件侧壁回弹量与各工艺参数之间的对应关系，对其进行了回弹预测。随后在MATLAB中设计了人机交互界面，简化了BP神经网络预测的操作步骤。本文选用了3-6-2三层BP神经网络结构，输入层包括三个参数：成形角度、成形温度和层进给量。输出层包括两个参数：侧壁回弹和底部回弹。对比了两种算法的预测精度，包括BP神经网络和经粒子群优化的BP神经网络。对于成形件侧壁的回弹量，PSO-BP算法预测的绝对误差是±0.07mm，BP算法预测的绝对误差是±0.05mm，两种算法的预测精度相差较小，因此这两种算法均可以用来预测成形件的回弹。

目录

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 单点渐进成形研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

1.4 本课题的技术路线

2 单点渐进成形机理及有限元模型的建立

2.1 引言

2.2单点渐进成形机理

2.3 单点渐进成形的有限元模型建立

2.4 本章小结

3 单点渐进成形的回弹仿真实验研究

3.1 引言

3.2 不同板料厚度的仿真实验

3.3 不同底面积的仿真实验

3.4 不同支撑方式的仿真实验

3.5 方锥件壁厚的变化规律

3.6 下压板伸出方式下的单因素实验研究

3.7 本章小结

4 单点渐进成形的回弹实验研究

4.1 引言

4.2 实验仪器及软件介绍

4.3 不同板料厚度的机床实验研究

4.4 不同底面积的机床实验研究

4.5 负回弹量的正交实验设计

4.6 成形件的刀具路径补偿

4.7 本章总结

5 单点渐进成形回弹预测的初步探索

5.1 引言

5.2 BP算法和PSO算法的原理简介

5.3 BP神经网络预测模型的建立

5.4 PSO-BP神经网络预测模型的构建

5.5 两种预测算法的比较

5.6 补充实验

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

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