【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)計周期長、制造成本高、調(diào)試難度大、通用性差等缺點日益凸顯,基于此,多點成形應運而生。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,在計算機系統(tǒng)控制下實現(xiàn)板材的三維成形。相比整體模具,多點成形設(shè)備具有調(diào)形方便、通用性強等優(yōu)點,能節(jié)省大量的時間、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)成功運用于飛機蒙皮、高速列車頭、船體外板、城市雕塑、醫(yī)用工程等多個領(lǐng)域。根據(jù)基本體運動方式的不同,可將多點成形分為多點模具成形和多點壓機成形等5種成形方式。多點模具成形于加載前,各基本體在計算機控制下預先調(diào)形,成形過程中無相對運動,加載方式與整體模具成形類似。多點壓機成形時,基本體無須預先調(diào)形,而是在成形過程中主動調(diào)形至指定位置,夾持板料完成成形。相對多點模具成形,多點壓機成形中所有基本體始終與板材保持接觸,形成隨時變化的瞬時成形面,夾持板材進行成形,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),降低回彈和殘余應力。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)討論了多點模具和多點壓機成形的基本原理,對兩種方式的成形特點與效果進行分析和預測,并對基本體單元的尺寸選擇及基本體調(diào)形問題進行了研究。(2)基于板料的塑性成性原理,探討了有限元理論基礎(chǔ)。建立了多點模具和多點壓機成形的有限元模型,并對模型建立中所涉及的材料模型、接觸類型、邊界條件和網(wǎng)格劃分等問題進行了詳細討論。(3)以球形件和馬鞍件為例分別建模計算,對比分析兩種成形方式對壓痕和起皺的影響。結(jié)果表明,多點模具成形時,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。多點壓機成形屬于合模成形,板料所有區(qū)域均受到基本體實時約束,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,推導了誤差計量公式。以球形件為例對兩種多點成形方式的回彈情況對比分析。結(jié)果表明,多點壓機成形時回彈量顯著減小,殘余應力分布更為均勻�；诙帱c壓機成形,研究了反復成形對柱形件回彈的影響。結(jié)果表明,反復成形對于回彈有著明顯的抑制作用,回彈量和殘余應力值均顯著減小;對于相同的反復道次,逐次逼近的成形路徑更有利于殘余應力的穩(wěn)定。(5)分析了多點成形中板料的受力狀態(tài),推導了局部彎矩公式,討論了局部彎曲效應的產(chǎn)生及其對成形精度的影響。對比分析了增大有效成形面積和使用擺動沖頭對局部彎曲效應的修正效果,并通過實驗驗證了增大有效成形面積修正局部彎曲效應的可行性。結(jié)果表明,局部彎曲效應是由多點成形中上下沖頭錯位作用力產(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。擺動沖頭成形時,板料受力更為均勻穩(wěn)定,局部彎曲效應在板料的整個范圍內(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)描述了多點成形中基本體的幾種常見排布方式,并對其具有代表性的三種排列的成形過程建模計算。結(jié)果表明,非對壓成形的成形效果明顯優(yōu)于對壓成形,成形件的應力集中和局部變形減少,應變和厚度分布更為均勻;當基本體下矩陣大于上矩陣時,非對壓成形對于成形精度的提高有明顯促進作用。(7)分析了擺動沖頭的設(shè)計要求、成性原理以及成形特點;對固定沖頭和擺動沖頭的多點壓機成形過程建模計算。結(jié)果表明,擺動沖頭可以實現(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。相對固定沖頭,其成形件應力應變分布更為均勻,變化梯度更小;卸載時回彈量和殘余應力減小,應力狀態(tài)更為穩(wěn)定。這說明擺動沖頭具有更好的成形性能。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG306

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本文編號：2345619