【摘要】：金屬板材成形廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。傳統(tǒng)的成形工藝依賴模具,周期長,效率低,費用高,難以適應(yīng)小批量、多品種和新品試制的需要。單點漸進成形(Single Point Incremental Forming,SPIF)無需模具,柔性好,成本低,適宜于小批量、個性化的產(chǎn)品加工,引起了全世界研究人員的普遍關(guān)注。然而,單點漸進成形受制于其成形幾何精度不高、變形控制措施缺乏等因素,在實際應(yīng)用中存在一些問題。為提高漸進成形精度,從縮小變形區(qū)并控制局部變形的角度出發(fā),本文研究了三點漸進成形(Three Opposite Points Incremental Forming,TOPIF),重點研究了其變形過程及機理、工藝參數(shù)選取和成形實驗。主要研究工作如下:(1)研究并分析了三點漸進成形的局部塑性變形和彈性彎曲變形�；阱F形屈服和變形約束條件,分析了局部變形分布及其對整體成形形狀的影響;進而,提出了等效加工層模型的概念,并據(jù)此建立了等效簡支圓板模型,求解了等效成形層彈性撓度的表達形式,實現(xiàn)了彈性彎曲變形分析,得到了三點漸進成形彈性變形比塑性變形較小的結(jié)論。通過對單點和三點漸進成形分別進行局部塑性變形和等效加工層彈性彎曲變形分析,理論解釋了三點漸進成形比單點漸進成形精度高、局部變形易于控制的原因。(2)研究并探討了三點漸進成形等效加工層的塑性變形力學(xué)特征。利用薄膜分析理論和平面應(yīng)變條件,建立了描述變形規(guī)律的力學(xué)方程,求解了等效虛擬應(yīng)力應(yīng)變,分析了其變形狀態(tài)和變形方式,為理解其變形機理本質(zhì)和指導(dǎo)路徑規(guī)劃、工藝參數(shù)設(shè)計提供了理論依據(jù)。(3)研究了基于法向漸變屈服的三點漸進成形變形基本算法。通過分析初始板材到目標(biāo)形狀映射的變形軌跡,求解了變形過程中的分層塑性位移,計算了任一節(jié)點的變形過程及歷史位移等信息,為預(yù)測幾何形狀和板材減薄提供了基礎(chǔ)依據(jù)。(4)研究并建立了基于LS-DYNA的三點漸進成形數(shù)值分析方法,并以此為基礎(chǔ)探討了其變形機理和特點。基于增量理論和塑性勢關(guān)聯(lián)算法,實現(xiàn)了錐臺件成形的有限元模擬。錐臺件的仿真結(jié)果驗證了所提等效加工層模型、法向屈服變形算法和平面應(yīng)變等力學(xué)特征的正確性,證實了三點漸進成形精度高、局部變形范圍小、變形控制有效。探討了其變形主要模式是彎曲、擠壓和剪切的聯(lián)合作用,分析了其根本原因在于對頂式輔助工具頭和支撐工具頭的引入。(5)實驗研究了工藝參數(shù)對三點漸進成形質(zhì)量的影響,歸納了工藝參數(shù)選取的一般原則�；陔x散定義域內(nèi)線性插值,實現(xiàn)了等高線加工軌跡規(guī)劃。利用實驗研究了進給量、工具頭等對幾何輪廓和表面質(zhì)量的影響�；谀繕�(biāo)曲面的數(shù)學(xué)描述,利用法向漸變屈服的變形映射關(guān)系,建立了板厚計算的全新表達形式。通過錐臺件在幾何精度、主應(yīng)變、板厚及表面質(zhì)量等方面的理論研究、數(shù)值分析和實驗結(jié)果的比較,驗證了本文所做的理論分析及方法的正確性。最后,探討了橢球面件、凹凸特征件等復(fù)雜零件的成形實驗和方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG306

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本文編號：2375075