单点增量成形中的成形力预测方法研究

发布时间：2020-06-05 05:30

【摘要】：增量成形成形过程柔性高,并且能够提高材料的成形性能,是薄板成形技术的研究热点之一。单点增量成形工艺方法通过合理的轨迹设计,利用工具头垂直下压板料,使板料逐步发生塑性变形,获得预定的形状。工具头受到板料的变形抗力以及与板料之间的摩擦力共同作用,其承受的成形力成为装备设计和零件选型的重要依据。但是增量成形过程中板料变形抗力计算复杂,板料与工具头摩擦导致的局部温升会改变材料的性能,这些因素对精确预测成形力提出了挑战。本文围绕单点增量成形工艺中成形力预测这一问题,首先对单点增量成形开展初步实验研究;根据实验中出现的局部温升情况,对AA5754-O铝合金的温热及高温力学性能进行研究,并建立温热本构方程;最后利用热力耦合有限元模型对成形过程中的轴向成形力的影响因素和计算方法进行研究,并进行实验验证。本文完成的主要工作有:1.搭建单点增量成形工艺的成形设备和参数测量系统,对十字锥台零件成形效果以及成形过程中成形力与板料温度变化规律进行初步实验研究。2.根据实验所得到的温度变化范围,研究温热条件下AA5754-O的力学性能,建立适用于室温至200℃范围内的流动应力本构方程。通过编写Abaqus用户子程序实现本构方程在有限元仿真中的应用。另外,对AA5754-O在高温区发生的超塑性行为进行了初步研究,分析了高温条件下温度和应变率对材料力学性能的影响。3.基于Abaqus/explicit求解器,构建增量成形热力耦合有限元模型,对成形后的材料变形特征以及成形过程中工具头与板料接触区域的局部材料变形特征进行分析。4.利用热力耦合有限元模型对增量成形过程中轴向成形力的影响因素进行分析。综合不同工艺参数组合下的仿真结果,对现有的轴向成形力预测公式进行修正,得到考虑摩擦热影响的轴向成形力预测公式,并进行实验验证。
【图文】：

增量成形,单点

.课题研究背景和意义近年来，随着产品多样化和产品快速更新换代的特点，，小批量零件及零件加工需求不断增加，传统薄板零件加工工艺越来越难以适应市场压胀形、多点成形以及增量成形等各类柔性加工技术逐渐出现和发展单点增量成形(SPIF)是一种新型的金属板材成形工艺。相比较传统成增量成形通过连续局部塑性变形的累积获得最终工件形状，具有更大活性。增量成形可以用于金属板材，聚合物以及复合材料板材的加工说，增量成形使用直径为 5mm 至 20mm 的球形工具头，通过 CNC 由度工业机械臂或 Tricept 机构等设备实现对工具头的运动控制。工的层间距进给，并沿待加工零件在这一高度的轮廓线运动，一层加工至下一层并继续执行上述操作，直至成形完成（见图 1-1）。学者们研增量成形工艺生产的零件可以获得更好的成形性能。但由于成形过程形对板料整体的影响，增量成形零件的几何精度较拉深成形等工艺略

增量成形,成形力,工具头

a. 翼子板（福特） b. 引擎盖（本田） c.车门侧棱线（丰田）图 1-2 增量成形在汽车工业中的应用[2]Fig.1-2Applications of incremental forming process in automobile industry单点增量成形过程中，成形工具头垂直下压板料，板料局部塑性变形的变形抗力作用在工具头上即为成形力，工具头承受的轴向成形力是装备设计和零件选型的重要依据。但是单点增量成形成形区材料变形复杂，且工具头与板料的摩擦温升会对材料的力学性能产生影响，加工时工具头受到的成形力的影响因素众多，难以对增量成形过程中的成形力进行快速准确预测。因此对摩擦热影响下的材料力学性能进行研究，确定热影响下工艺参数与成形力的关系进而获得成形力的预测方法具有重要意义。课题来源为国家自然科学基金（51375308）：大型铝锂合金薄壁构件电辅助双面多点增量成形材料流变行为及工艺研究1.2.国内外研究现状
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB306

【参考文献】