【摘要】：差厚板多點(diǎn)彎曲成形采用一系列高度可調(diào)排列規(guī)則的基本體代替壓彎模具型面,以聚氨酯墊代替墊料,以解決傳統(tǒng)壓彎成形生產(chǎn)成本高、模具設(shè)計制造周期長、重復(fù)利用率低等一系列的缺點(diǎn)。本文以理論分析、有限元模擬和成形實驗相結(jié)合的方式對差厚板多點(diǎn)壓彎的受力變形和回彈規(guī)律以及各工藝參數(shù)對1060鋁合金差厚板成形的影響進(jìn)行探究,并進(jìn)行分段壓彎實驗,為差厚整體壁板成形新工藝提供理論及數(shù)據(jù)上的積累。以有限元模擬和實驗結(jié)果相結(jié)合的方式,研究了差厚板在成形過程中的受力變形規(guī)律,并針對其受力變形特點(diǎn)設(shè)計實驗?zāi)＞?推導(dǎo)出聚氨酯墊壓縮量與工程應(yīng)力之間的關(guān)系,以反復(fù)彎曲回彈的公式分析了產(chǎn)生反向回彈的原因。結(jié)果顯示:差厚板具有受力不均勻、變形不連續(xù)的特點(diǎn)。根據(jù)Mooney-Rivlin本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)的壓縮工程應(yīng)力的模擬結(jié)果與理論計算規(guī)律基本吻合,驗證了基于壓縮量-工程應(yīng)力關(guān)系式的理論計算合理性。成形時應(yīng)通過調(diào)整調(diào)形補(bǔ)償量、聚氨酯墊參數(shù)令厚區(qū)表面壓力大于薄區(qū),使厚區(qū)充分成形、薄區(qū)厚區(qū)變形均勻。差厚板彎曲過程中存在反復(fù)彎曲現(xiàn)象,不同區(qū)域回彈量不同將導(dǎo)致整個差厚板回彈不均勻,曲率半徑不連續(xù)。為探究1060鋁合金差厚板壓彎成形規(guī)律,針對影響差厚板壓彎的工藝參數(shù),進(jìn)行單一變量實驗,結(jié)合有限元模擬結(jié)果探究各因素的影響規(guī)律,并完成分段壓彎實驗,結(jié)果顯示:隨著成形力增大,差厚板曲率半徑減小,回彈位移減小;差厚板薄、中間、厚區(qū)的曲率半徑和回彈位移接近,大厚區(qū)差厚板的薄區(qū)的變形和回彈受厚區(qū)影響更大,小厚區(qū)差厚板的臺階長度更長,厚區(qū)對薄區(qū)的約束小。聚氨酯墊硬度大時,能夠為差厚板提供更均勻的面壓。聚氨酯墊厚度增加,厚區(qū)對應(yīng)的面壓降低,薄區(qū)面壓增加,成形效果隨板參數(shù)變化;調(diào)形補(bǔ)償量應(yīng)始終小于板厚差,使差厚板處于厚區(qū)面壓大于薄區(qū)的受力狀態(tài)下。板厚差越小,薄區(qū)厚度越厚,彎曲剛度越高,第一次彎曲R_1越大,則反向彎曲彎矩小,反向回彈區(qū)域面積小。隨著板厚差增大,反向回彈的影響區(qū)域增大。厚區(qū)比例越大,臺階長度越短,成形過程中反復(fù)彎曲帶來的反向回彈效果越弱。差厚板多點(diǎn)彎曲成形適用范圍受到模具尺寸和設(shè)備噸位的限制,可通過調(diào)形補(bǔ)償方式改善。對于分段壓彎成形,壓彎次數(shù)越多,重復(fù)壓彎區(qū)域面積越大,最大重復(fù)次數(shù)越多,但每次壓彎的變形量也越小,整體回彈量S60S40S80S100。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG306
【圖文】：

如圖1-1、圖 1-2 所示為兩類變厚度整體壁板。鋁合金由于其低密度、高比強(qiáng)度、良好的塑性和加工性以及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)成為其主要材料[3]。目前鋁合金變厚度壁板的生產(chǎn)路線主要可分為兩類：一種是先彎后切，即先將等厚板彎曲成預(yù)定曲率，再通過機(jī)械加工、化學(xué)銑等方式加工出壁板上的不等厚區(qū)間[4]。這個方法的主要優(yōu)點(diǎn)是彎曲過程簡單且彎曲精度高，但機(jī)械加工困難、化學(xué)銑還會導(dǎo)致環(huán)境污染問題，其使用范圍正在逐步縮小并趨于被淘汰。另一類是先切后彎，即先將板材加工出不等厚區(qū)間，再進(jìn)行彎曲成形，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械加工工序是在板材平面狀態(tài)下進(jìn)行，精度高且加工容易，但對彎曲成形提出了較高的要求，難度較大[5]。大尺寸整體壁板彎曲已成為先進(jìn)裝備的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。具體彎曲方法有：壓彎、拉彎、滾彎、噴丸、蠕變時效、激光鈑金成形等[6]。圖 1-1 筋條類壁板 圖 1-2 變厚度壁板壓彎工藝目前廣泛應(yīng)用于截面形狀復(fù)雜、變截面及大厚度的整體壁板成形。一次壓彎成形與增量壓彎成形是傳統(tǒng)的壓彎成形方式[7]，一次壓彎成形如圖 1-3 所示：是通過壓力將壁板在模具中直接彎曲變形，模具型面形狀固定，因此模具制造和調(diào)試周期長，導(dǎo)致時間和人力成本高，難以適應(yīng)批量復(fù)雜曲面零件生產(chǎn)，并且對于大面積壁板或彎曲角度較大的壁板也難以成形也是限制其發(fā)展的原因；采

材零件被設(shè)計成變厚度件；同時隨著飛行器的機(jī)動能力以及飛行速度的提升，航空制造業(yè)開始向自動化、智能化方向轉(zhuǎn)變，機(jī)翼、導(dǎo)彈艙體、壁板等重要結(jié)構(gòu)件更多地趨向于采用整體零件[1]。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的板材零件能夠提升飛行器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減輕重量，但也需要比較復(fù)雜的制造工藝。作為應(yīng)用于飛行器的重要結(jié)構(gòu)件，變厚度整體壁板必須具有一定的強(qiáng)度與剛度、較低重量以及良好的成形精度[2]，如圖1-1、圖 1-2 所示為兩類變厚度整體壁板。鋁合金由于其低密度、高比強(qiáng)度、良好的塑性和加工性以及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)成為其主要材料[3]。目前鋁合金變厚度壁板的生產(chǎn)路線主要可分為兩類：一種是先彎后切，即先將等厚板彎曲成預(yù)定曲率，再通過機(jī)械加工、化學(xué)銑等方式加工出壁板上的不等厚區(qū)間[4]。這個方法的主要優(yōu)點(diǎn)是彎曲過程簡單且彎曲精度高，但機(jī)械加工困難、化學(xué)銑還會導(dǎo)致環(huán)境污染問題，其使用范圍正在逐步縮小并趨于被淘汰。另一類是先切后彎，即先將板材加工出不等厚區(qū)間，再進(jìn)行彎曲成形，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械加工工序是在板材平面狀態(tài)下進(jìn)行，精度高且加工容易，但對彎曲成形提出了較高的要求，難度較大[5]。大尺寸整體壁板彎曲已成為先進(jìn)裝備的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。具體彎曲方法有：壓彎、拉彎、滾彎、噴丸、蠕變時效、激光鈑金成形等[6]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文用如圖 1-4 所示的專用壓彎模具的增量成形方式，是以多次不連續(xù)的三點(diǎn)彎曲成形，逐步按照預(yù)先規(guī)劃好的路徑累積最終形成目標(biāo)曲面。其主要優(yōu)點(diǎn)是：因為主要以線接觸和局部點(diǎn)接觸、面接觸作為板材和支撐架之間的接觸方式，其擁有大變形力可用于各類帶筋結(jié)構(gòu)件的成形，并且局部增量成形對設(shè)備噸位的要求較低其主要缺點(diǎn)在于：基于非連續(xù)成形的原理導(dǎo)致成形結(jié)束時零件的低圓弧度[8]，和大的回彈量，并且成形時大部分板材處于懸空區(qū)，所以相應(yīng)的穩(wěn)定措施可以在生產(chǎn)中防止加強(qiáng)筋應(yīng)力集中失穩(wěn)，扭曲變形或者開裂等缺陷[9]。

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