金属板料单点增量成形零件表面质量的研究

摘要

金属板料单点增量成形（Single point Increment Forming，SPIF）技术是一种新型塑性成形技术，与传统的成形工艺相比，成形过程中不需要专用模具，节省了传统模具制造和维护费用，加工周期短，适合于加工小批量、多品种和复杂的钣金类工件，并且成形所需设备能耗低，板料局部成形力小等特点，属于现代绿色加工范畴，在航空航天、汽车工业、医疗领域等行业拥有广泛的应用前景。成形零件表面质量差是制约该技术推广的主要方面，研究成形零件表面质量的影响因素及规律对于提高成形零件表面质量具有重要的意义。
　　依据单点增量成形原理，建立了直壁面和自由曲面成形零件表面残留波峰高度几何模型，分析了直壁面和自由曲面的成形参数对表面残留波峰的影响规律；根据单点增量成形过程中摩擦特点，建立了成形零件表面残留波峰高度的材料特性模型，分析了材料特性对表面波纹度的理论影响规律。
　　基于HASS-VF立式数控加工中心建立了单点增量成形实验平台；研究了层进给量、工具头半径、直壁面成形角、自由曲面曲率半径和曲面法向角等成形参数对直壁面、“凹+凸”自由曲面、“凹”自由曲面以及“凸”自由曲面四种零件类型表面波纹度、表面粗糙度的影响；将实验得到的表面波纹度轮廓最大高度与理论模型分析结果进行对比，分析了二者之间存在差异的原因；通过实验研究了材料特性对表面波纹度的影响，验证了表面残留波峰高度材料特性模型的有效性；分析了层进给量、工具头半径、进给速度和主轴转速等成形参数对横向表面粗糙度的影响。
　　利用灰色关联分析与响应曲面分析对单点增量成形件的表面粗糙度进行优化，以典型直壁面方锥台件为例，得到了工具头直径、层进给量、进给速度和主轴转速对成形零件纵向和横向表面粗糙影响的显著性程度，以及对纵向和横向表面粗糙度整体影响显著性程度，分别获得了成形件纵向和横向表面粗糙度预测模型，并以纵向和横向表面粗糙度预测模型为基础，得到了使得成形零件纵向与横向表面粗糙度整体最佳的成形参数。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 单点增量成形技术概述

1.3 单点增量成形技术的国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容及章节安排

2 单点增量成形零件表面质量分析

2.1 单点增量成形原理

2.2 单点增量成形零件表面质量缺陷的特点

2.3 单点增量成形件表面残留波峰高度几何模型

2.4 成形参数对表面波纹度影响的分析与讨论

2.5 表面残留波峰高度材料特性模型

2.6 本章小结

3 单点增量成形零件表面质量的实验研究

3.1 实验准备

3.2 零件表面波纹度实验测量结果及分析

3.3 零件表面纵向粗糙度分析

3.4 零件表面横向粗糙度实验测量结果及分析

3.5 本章小结

4 基于表面粗糙度的成形工艺参数优化

4.1 优化目的

4.2 基于灰色关联分析的表面粗糙度优化

4.3 基于RSM的表面粗糙度预测模型及其多目标优化

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文