【摘要】：增量成形成形過程柔性高,并且能夠提高材料的成形性能,是薄板成形技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。單點(diǎn)增量成形工藝方法通過合理的軌跡設(shè)計(jì),利用工具頭垂直下壓板料,使板料逐步發(fā)生塑性變形,獲得預(yù)定的形狀。工具頭受到板料的變形抗力以及與板料之間的摩擦力共同作用,其承受的成形力成為裝備設(shè)計(jì)和零件選型的重要依據(jù)。但是增量成形過程中板料變形抗力計(jì)算復(fù)雜,板料與工具頭摩擦導(dǎo)致的局部溫升會(huì)改變材料的性能,這些因素對(duì)精確預(yù)測(cè)成形力提出了挑戰(zhàn)。本文圍繞單點(diǎn)增量成形工藝中成形力預(yù)測(cè)這一問題,首先對(duì)單點(diǎn)增量成形開展初步實(shí)驗(yàn)研究;根據(jù)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的局部溫升情況,對(duì)AA5754-O鋁合金的溫?zé)峒案邷亓W(xué)性能進(jìn)行研究,并建立溫?zé)岜緲?gòu)方程;最后利用熱力耦合有限元模型對(duì)成形過程中的軸向成形力的影響因素和計(jì)算方法進(jìn)行研究,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文完成的主要工作有:1.搭建單點(diǎn)增量成形工藝的成形設(shè)備和參數(shù)測(cè)量系統(tǒng),對(duì)十字錐臺(tái)零件成形效果以及成形過程中成形力與板料溫度變化規(guī)律進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)研究。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的溫度變化范圍,研究溫?zé)釛l件下AA5754-O的力學(xué)性能,建立適用于室溫至200℃范圍內(nèi)的流動(dòng)應(yīng)力本構(gòu)方程。通過編寫Abaqus用戶子程序?qū)崿F(xiàn)本構(gòu)方程在有限元仿真中的應(yīng)用。另外,對(duì)AA5754-O在高溫區(qū)發(fā)生的超塑性行為進(jìn)行了初步研究,分析了高溫條件下溫度和應(yīng)變率對(duì)材料力學(xué)性能的影響。3.基于Abaqus/explicit求解器,構(gòu)建增量成形熱力耦合有限元模型,對(duì)成形后的材料變形特征以及成形過程中工具頭與板料接觸區(qū)域的局部材料變形特征進(jìn)行分析。4.利用熱力耦合有限元模型對(duì)增量成形過程中軸向成形力的影響因素進(jìn)行分析。綜合不同工藝參數(shù)組合下的仿真結(jié)果,對(duì)現(xiàn)有的軸向成形力預(yù)測(cè)公式進(jìn)行修正,得到考慮摩擦熱影響的軸向成形力預(yù)測(cè)公式,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【圖文】：

.課題研究背景和意義近年來，隨著產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的特點(diǎn)，，小批量零件及零件加工需求不斷增加，傳統(tǒng)薄板零件加工工藝越來越難以適應(yīng)市場(chǎng)壓脹形、多點(diǎn)成形以及增量成形等各類柔性加工技術(shù)逐漸出現(xiàn)和發(fā)展單點(diǎn)增量成形(SPIF)是一種新型的金屬板材成形工藝。相比較傳統(tǒng)成增量成形通過連續(xù)局部塑性變形的累積獲得最終工件形狀，具有更大活性。增量成形可以用于金屬板材，聚合物以及復(fù)合材料板材的加工說，增量成形使用直徑為 5mm 至 20mm 的球形工具頭，通過 CNC 由度工業(yè)機(jī)械臂或 Tricept 機(jī)構(gòu)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)工具頭的運(yùn)動(dòng)控制。工的層間距進(jìn)給，并沿待加工零件在這一高度的輪廓線運(yùn)動(dòng)，一層加工至下一層并繼續(xù)執(zhí)行上述操作，直至成形完成（見圖 1-1）。學(xué)者們研增量成形工藝生產(chǎn)的零件可以獲得更好的成形性能。但由于成形過程形對(duì)板料整體的影響，增量成形零件的幾何精度較拉深成形等工藝略

a. 翼子板（福特） b. 引擎蓋（本田） c.車門側(cè)棱線（豐田）圖 1-2 增量成形在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[2]Fig.1-2Applications of incremental forming process in automobile industry單點(diǎn)增量成形過程中，成形工具頭垂直下壓板料，板料局部塑性變形的變形抗力作用在工具頭上即為成形力，工具頭承受的軸向成形力是裝備設(shè)計(jì)和零件選型的重要依據(jù)。但是單點(diǎn)增量成形成形區(qū)材料變形復(fù)雜，且工具頭與板料的摩擦溫升會(huì)對(duì)材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，加工時(shí)工具頭受到的成形力的影響因素眾多，難以對(duì)增量成形過程中的成形力進(jìn)行快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此對(duì)摩擦熱影響下的材料力學(xué)性能進(jìn)行研究，確定熱影響下工藝參數(shù)與成形力的關(guān)系進(jìn)而獲得成形力的預(yù)測(cè)方法具有重要意義。課題來源為國家自然科學(xué)基金（51375308）：大型鋁鋰合金薄壁構(gòu)件電輔助雙面多點(diǎn)增量成形材料流變行為及工藝研究1.2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2697585