曲面零件单点渐进成形刀具轨迹优化及数值模拟

摘要

板料数控单点渐进成形是一种先进的塑性成形技术，该技术早在上世纪90年代就被有关学者提出，但至今为止仍没有大规模的应用于工业生产中，成形质量差是制约该技术发展的重要因素。
　　曲面零件成形角度是不断变化的，采用传统固定增量步长方法单点渐进成形该类零件时，增量步长不能随着成形角度的变化调整大小，零件存在表面质量差、平缓区域成形不充分、成形精度差、成形效率低等问题，因此传统固定增量步长方法并不适合加工曲面零件。
　　本课题主要针对曲面零件单点渐进成形质量问题展开研究，提出两种刀具轨迹优化方法，即基于增量角度△θ的优化方法和基于增量弧长S0的优化方法，试验验证两种优化方法可行性，基于有限元软件ANSYS/Workbench显式动力学数值模拟曲面零件单点渐进成形过程，探讨不同成形参数对曲面零件单点渐进成形性能的影响规律。主要工作内容如下:
　　1)总结归纳曲面零件单点渐进成形主要成形缺陷及其原因，发现这些成形缺陷都与增量步长△z有关。
　　2)试验结果表明:与传统成形方法相比，加工层数相同时，两种优化方法不仅能有效改善曲面零件单点渐进成形质量还能显著提高零件成形效率。
　　3)模拟结果表明:优化方法能改善曲面零件平缓表面处壁厚减薄现象，△θ或S0越小，改善越明显;优化方法能明显提高曲面零件平缓表面处成形精度，平缓表面处成形精度跟△θ或S0取值大小关系不大;优化方法能改变零件应力分布，提高板件成形应变，但无论△θ或S0取何值板料最大应变值趋于一致。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 数控渐进成形技术

1．2．1 数控渐进成形技术介绍

1．2．2 数控渐进成形基本流程

1．2．3 数控渐进成形重要几何参数

1．3 数控渐进成形的优缺点

1．3．1 数控渐进成形的优点

1．3．2 数控渐进成形的缺点

1．4 数控渐进成形研究现状

1．5 课题目的和主要内容

1．5．1 课题研究的目的

1．5．2 课题研究的主要内容

1．6 本章小结

第二章 曲面零件单点渐进成形质量及成形机理分析

2．1 引言

2．2 曲面零件单点渐进成形缺陷分析

2．2．1 表面压痕

2．2．2 平缓曲面处成形质量和垂直尺寸精度

2．2．3 成形时间

2．3 单点渐进成形机理分析

2．3．1 单点渐进成形应力状态

2．3．2 单点渐进成形应变状态分析

2．3．3 单点渐进成形零件厚度

2．4 本章小结

第三章 单点渐进成形有限元模型的建立

3．1 引言

3．2 单点渐进成形的有限元模型

3．2．1 实体模型

3．2．2 单元的选择

3．2．3 材料模型

3．2．4 网格划分

3．2．5 摩擦和接触

3．3 成形轨迹

3．3．1 工具头运动轨迹设计原则

3．3．2 轨迹生成和加载

3．4 本章小结

第四章 曲面零件单点渐进成形刀具轨迹优化(一)

4．1 引言

4．2 基于增量角度Δθ的优化方法

4．3 试验验证

4．3．1 零件模型

4．3．2 试验设备和材料

4．3．3 试验方案

4．4 试验结果及分析

4．4．1 表面痕迹

4．4．2 零件平缓表面处成形质量和垂直尺寸精度

4．4．3 成形时间

4．5 有限元数值模拟

4．5．1 零件厚度

4．5．2 等效塑性应变

4．5．3 等效应力

4．5．4 尺寸精度

4．6 斜壁零件成形试验

4．6．1 试验方案

4．6．2 成形精度

4．6．3 零件厚度

4．6．4 成形时间

4．7 本章小结

第五章 曲面零件单点渐进成形刀具轨迹优化(二)

5．1 引言

5．2 基于增量弧长S0的优化方案

5．3 试验验证

5．3．1 试验方案

5．4 试验结果及分析

5．4．1 表面痕迹

5．4．2 零件平缓表面处成形质量和垂直尺寸精度

5．4．3 成型时间

5．5 有限元数值模拟

5．5．1 零件厚度

5．5．2 等效塑性应变

5．5．3 等效应力

5．5．4 尺寸精度

5．6 两种优化方法的对比

5．6．1 操作性

5．6．2 试验效果

5．7 另外一种曲面零件成形实例

5．8 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况