【摘要】：隨著產(chǎn)品向多樣化和小批量方向的快速發(fā)展,傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、制造成本高、調(diào)試難度大、通用性差等缺點(diǎn)日益凸顯,基于此,多點(diǎn)成形應(yīng)運(yùn)而生。其基本思路為將傳統(tǒng)的整體模具離散成一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的基本體沖頭,以沖頭的包絡(luò)面為成形面,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)板材的三維成形。相比整體模具,多點(diǎn)成形設(shè)備具有調(diào)形方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能節(jié)省大量的時(shí)間、人力和物質(zhì)成本。經(jīng)過二十幾年的發(fā)展,該技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于飛機(jī)蒙皮、高速列車頭、船體外板、城市雕塑、醫(yī)用工程等多個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)基本體運(yùn)動(dòng)方式的不同,可將多點(diǎn)成形分為多點(diǎn)模具成形和多點(diǎn)壓機(jī)成形等5種成形方式。多點(diǎn)模具成形于加載前,各基本體在計(jì)算機(jī)控制下預(yù)先調(diào)形,成形過程中無相對(duì)運(yùn)動(dòng),加載方式與整體模具成形類似。多點(diǎn)壓機(jī)成形時(shí),基本體無須預(yù)先調(diào)形,而是在成形過程中主動(dòng)調(diào)形至指定位置,夾持板料完成成形。相對(duì)多點(diǎn)模具成形,多點(diǎn)壓機(jī)成形中所有基本體始終與板材保持接觸,形成隨時(shí)變化的瞬時(shí)成形面,夾持板材進(jìn)行成形,板料無懸空區(qū)域,受力更為均勻穩(wěn)定,能有效的抑制壓痕、起皺等缺陷的出現(xiàn),降低回彈和殘余應(yīng)力。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)討論了多點(diǎn)模具和多點(diǎn)壓機(jī)成形的基本原理,對(duì)兩種方式的成形特點(diǎn)與效果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),并對(duì)基本體單元的尺寸選擇及基本體調(diào)形問題進(jìn)行了研究。(2)基于板料的塑性成性原理,探討了有限元理論基礎(chǔ)。建立了多點(diǎn)模具和多點(diǎn)壓機(jī)成形的有限元模型,并對(duì)模型建立中所涉及的材料模型、接觸類型、邊界條件和網(wǎng)格劃分等問題進(jìn)行了詳細(xì)討論。(3)以球形件和馬鞍件為例分別建模計(jì)算,對(duì)比分析兩種成形方式對(duì)壓痕和起皺的影響。結(jié)果表明,多點(diǎn)模具成形時(shí),板料處于懸空狀態(tài),厚向受力不均易產(chǎn)生壓痕,切向受拉不足易出現(xiàn)皺紋。多點(diǎn)壓機(jī)成形屬于合模成形,板料所有區(qū)域均受到基本體實(shí)時(shí)約束,切向受拉增加,厚向上受壓更為均勻,出現(xiàn)皺紋和壓痕幾率顯著減小。(4)分析了回彈的產(chǎn)生原因,推導(dǎo)了誤差計(jì)量公式。以球形件為例對(duì)兩種多點(diǎn)成形方式的回彈情況對(duì)比分析。結(jié)果表明,多點(diǎn)壓機(jī)成形時(shí)回彈量顯著減小,殘余應(yīng)力分布更為均勻�；诙帱c(diǎn)壓機(jī)成形,研究了反復(fù)成形對(duì)柱形件回彈的影響。結(jié)果表明,反復(fù)成形對(duì)于回彈有著明顯的抑制作用,回彈量和殘余應(yīng)力值均顯著減小;對(duì)于相同的反復(fù)道次,逐次逼近的成形路徑更有利于殘余應(yīng)力的穩(wěn)定。(5)分析了多點(diǎn)成形中板料的受力狀態(tài),推導(dǎo)了局部彎矩公式,討論了局部彎曲效應(yīng)的產(chǎn)生及其對(duì)成形精度的影響。對(duì)比分析了增大有效成形面積和使用擺動(dòng)沖頭對(duì)局部彎曲效應(yīng)的修正效果,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了增大有效成形面積修正局部彎曲效應(yīng)的可行性。結(jié)果表明,局部彎曲效應(yīng)是由多點(diǎn)成形中上下沖頭錯(cuò)位作用力產(chǎn)生的局部彎矩所引起;增大有效成形面積可以有效消除邊界失穩(wěn),提高板料邊緣的幾何精度,但無法減小板料中心區(qū)域的成形誤差。擺動(dòng)沖頭成形時(shí),板料受力更為均勻穩(wěn)定,局部彎曲效應(yīng)在板料的整個(gè)范圍內(nèi)均得到減弱。兩種方式的結(jié)合使用,可以大幅提高成形精度。(6)描述了多點(diǎn)成形中基本體的幾種常見排布方式,并對(duì)其具有代表性的三種排列的成形過程建模計(jì)算。結(jié)果表明,非對(duì)壓成形的成形效果明顯優(yōu)于對(duì)壓成形,成形件的應(yīng)力集中和局部變形減少,應(yīng)變和厚度分布更為均勻;當(dāng)基本體下矩陣大于上矩陣時(shí),非對(duì)壓成形對(duì)于成形精度的提高有明顯促進(jìn)作用。(7)分析了擺動(dòng)沖頭的設(shè)計(jì)要求、成性原理以及成形特點(diǎn);對(duì)固定沖頭和擺動(dòng)沖頭的多點(diǎn)壓機(jī)成形過程建模計(jì)算。結(jié)果表明,擺動(dòng)沖頭可以實(shí)現(xiàn)與板料的充分貼合,球冠半徑大幅增加,包絡(luò)面連續(xù)性顯著提高,板料受力更為均勻穩(wěn)定。相對(duì)固定沖頭,其成形件應(yīng)力應(yīng)變分布更為均勻,變化梯度更小;卸載時(shí)回彈量和殘余應(yīng)力減小,應(yīng)力狀態(tài)更為穩(wěn)定。這說明擺動(dòng)沖頭具有更好的成形性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG306

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本文編號(hào)：2345619