金属板料单点渐进成形表面质量的研究

摘要

金属板料单点渐进成形是一种全新的板料塑性成形技术，该技术采用“分层制造”思想，与传统成形方法相比，具有不需要模具或者只需要简单模具，成形周期短，可成形性高等特点。金属板料单点成形技术能快速、低成本、高质量地开发出新产品，适合于小批量多品种产品的开发和生产，在航空、汽车、家电及其他行业中有着广阔的应用前景。
　　金属板料渐进成形技术是一种无模柔性制造技术，其表面质量问题是影响渐进成形件质量和美观的重要影响因素之一。本文主要通过ABAQUS有限元软件对金属板料渐进成形过程进行数值模拟，然后对该成形过程进行大量的实验分析，最终将影响成形件表面质量的成形参数进行优化，得到较好表面质量的成形件，主要内容如下：
　　（1）在了解金属板料单点渐进成形原理的基础上，对板料渐进成形过程中影响板料成形的加工参数（层间距、成形角、成形工具头直径）的应变进行了理论分析，并且对板料分层渐进成形过程中的变形力进行理论和实验对比分析，为后续进一步进行表面质量方面的数值模拟分析和实验分析打下坚实的基础。
　　（2）利用有限元软件 ABAQUS对金属板料单点渐进成形过程进行模拟，包括创建零部件、定义材料模型、网格划分、接触设定、分析步和相互作用的设置、边界条件的设置等详细分析过程，然后模拟改变成形过程中的成形角、工具头直径和层间距，分析不同加工参数下的数值模拟的等效应力结果，分析此结果对表面质量的影响。
　　（3）利用数控加工中心搭建实验平台，设计实验夹具，编写实验成形轨迹，改变层间距、成形角、工具头直径这三个成形参数加工出不同的成形件，分析这些加工参数对成形件纵向表面质量的影响，利用表面粗糙度、表面形貌和表面纹路这些测量结果得出加工参数对成形件纵向表面质量的影响结果，并将理论分析和测量结果进行对比分析，得出理论分析与测量结果有差异的原因。利用正交试验分析得出层间距、成形角和工具头直径这三个加工因素对表面质量的影响顺序，最终提出优化方案。
　　（4）分析除成形角、工具头直径和层间距以外的主轴转速和进给速度这两个影响表面质量的因素，可知这两个加工因素由于影响成形纹路中“鱼鳞纹”而影响横向表面质量。改变进给速度和主轴转速这两个加工因素进行实验分析，测量表面粗糙度、表面形貌及表面“鱼鳞纹”纹路得出这两个加工参数对横向成形件表面质量的影响，提出优化意见。

目录

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1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 金属板料无模成形的发展现状和趋势

1.3 板料单点渐进成形国内外研究现状

1.4 板料单点渐进成形发展趋势

1.5 本文主要内容

2 金属板料单点渐进成形的理论基础

2.1 金属塑性变形的理论基础

2.2 金属板料渐进成形过程的应变分析

2.3 金属板料分层渐进成形中变形力的计算

2.4 本章小结

3 板料单点渐进成形的有限元分析

3.1 引言

3.2 ABAQUS软件基本功能

3.3 板料渐进成形过程中非线性分析与解决方案

3.4 有限元求解器的选择

3.5 单点渐进成形有限元模拟步骤

3.6 无模单点渐进成形过程力学模型的建立

3.7 单点渐进成形有限元模型的建立

3.8 数值模拟结果分析

3.9 本章小结

4 提高板料渐进成形纵向表面质量的实验研究

4.1 板料渐进成形实验方案及参数设置

4.2 影响表面质量的不同成形参数的理论分析

4.3 实验方案设置

4.4 表面粗糙度实验测量和结果分析

4.5 基于正交试验的成形加工因素分析

4.6 本章小结

5 板料单点渐进成形横向表面质量的实验研究

5.1 进给速度对表面粗糙度的影响分析

5.2 主轴转速对表面粗糙度的影响分析

5.3 进给速度和主轴转速对表面粗糙度的影响

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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