曲面异形无模渐进翻孔成形技术研究

摘要

传统翻孔工艺因需要专用工装而难以满足快速、高效的薄壁零件翻孔需要。此外，实际工程应用中还常常遇到许多形状复杂的曲面翻孔零件，采用传统翻孔方法的加工难度很大。利用渐进翻孔的柔性成形工艺不仅可以节省模具费用，还能够完成特殊形状的曲面翻孔，目前已有一些实际应用，但现有渐进成形还存在制件形状单一、加工精度不高以及流程复杂等问题，同时对曲面复杂翻孔也缺乏深入认识。　　为此，本文对渐进成形工艺在曲面翻孔成形中的应用开展了研究，以期掌握变形的相关规律。其中，研究了曲面翻孔的预制孔几何尺寸计算方法；以圆管、方管以及球面等曲面为对象，分析了长圆形、长方形渐进翻孔的变形及其影响因素；研究了曲面渐进翻孔过程的工具头载荷变化，分析了影响曲面翻孔成形精度的主要因素；探讨了常见缺陷的产生与控制途径。　　主要结论如下：　　①预制孔尺寸计算应考虑渐进翻孔的变形程度。为得到正确的复杂异形翻孔件尺寸，可结合几何展开法公式或者图解法，然后通过数值模拟进行修正。　　②曲面翻孔预翻过程受力的理论分析表明，与平面翻孔不同，曲面长条形翻孔预翻过程的成形力大于整形阶段；对比曲面长条形翻孔与平面长条形翻孔，发现曲面长条形翻孔各部分所需成形力比较接近；由于曲面长条形翻孔的几何形状和材料流动差异，不同位置减薄率存在不同，且：圆弧端>过渡端>直壁端。　　③在曲面长条形渐进翻孔成形过程中，进刀点位置、相邻周期的起始加工位置、预翻量与成形量等对制件最终成形质量存在影响。从孔的直线段进刀、提升预翻量以及采用顺-逆时针相结合的递进方式，均能提高最终成形质量，有助于避免渐进翻孔的常见缺陷。　　④对曲面异形翻孔预翻过程的回弹进行单一因素和响应面分析，考虑曲面厚度t、曲率、预翻角度θ对预翻最大回弹角度?a的影响，发现对预翻过程回弹的影响程度依次为：预翻角度θ>曲面厚度t>曲率。　　⑤由于曲面无模渐进翻孔存在非轴对称的特性，不同位置成形需要的载荷和回弹趋势存在差异，且成形力、回弹趋势以及尺寸偏差均随坯料曲率增大而增大。

目录

目 录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 渐进成形技术简介

1.3 曲面翻边研究现状

1.4 渐进翻孔成形技术现状

1.5课题来源及意义

1.6 本文主要研究内容

1.7 本章小结

2 曲面渐进翻孔成形的研究方法

2.1 实验研究

2.2 渐进成形数值模拟

2.2.1 模拟软件选择

2.2.2 三维模型的创建和导入

2.2.3 单元类型选择和属性定义

2.2.4 接触设置、摩擦模型和算法的选择

2.2.5 网格单元和边界条件设定

2.2.6 后处理

2.3 本章小结

3 曲面渐进翻孔的力与变形分析

3.1 预制孔形状及尺寸的确定

3.2 管壁的渐进翻孔成形

3.2.1 管壁渐进翻孔成形的工艺流程

3.2.2 加工轨迹的确定

3.2.3 渐进成形翻孔过程的受力分析

3.2.4 曲面渐进翻孔成形的变形特征

3.4 曲面渐进翻孔成形的典型缺陷及控制方法

3.4.1 工具头的进刀点选择

3.4.2 进给量

3.4.3 加工轨迹

3.4.4 增大预翻量和添加润滑条件

3.5 本章小结

4 曲面渐进翻孔成形工艺参数优化

4.1 引言

4.2 单一因素分析

4.3 响应面综合分析

4.3.1 响应面分析法简介

4.3.2 确定试验因素与水平

4.3.3 试验设计与安排

4.3.4 结果及分析

4.4 曲面渐进翻孔的预制孔尺寸优化

4.5 本章小结

5 薄壁件异形渐进翻孔工艺的拓展

5.1 引言

5.2 球形薄壁件翻孔

5.2.1 球形件翻孔的预制孔几何位置确定方法

5.2.2 球形件翻孔模拟结果

5.3 锥形薄壁件翻孔

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目

D. 学位论文数据集

致谢