單點(diǎn)增量成形是一種金屬板料塑性成形的新型技術(shù),通過特定工具對板料進(jìn)行局部動態(tài)加載,使板料在無模無約束的狀態(tài)下產(chǎn)生整體累積變形,最終得到目標(biāo)制件的一種塑性成形方法。該方法集板料設(shè)計(jì)和制造為一體化,具有柔性、綠色、快速、低成本等優(yōu)勢。然而,因工具頭的局部加載特性和板料的無模具約束等因素作用,成形過程容易失穩(wěn),產(chǎn)生回彈,最終導(dǎo)致制件成形精度難以滿足服役要求。此外,由于材料的不均勻變形行為和組織的復(fù)雜演化歷程及成形參數(shù)對成形精度的交互作用,使得制件精度的穩(wěn)健控制變得困難。本文嘗試將靜壓支撐和超聲振動引入到單點(diǎn)增量成形技術(shù)中,從而形成一種靜壓支撐-超聲振動單點(diǎn)增量成形新方法,以期有效提高制件精度。提出了一種靜壓支撐-超聲振動輔助的單點(diǎn)增量成形方法,建立成形區(qū)域板料微元的空間球坐標(biāo)應(yīng)力平衡方程。根據(jù)工具頭與板料接觸區(qū)域的空間幾何關(guān)系,通過各向應(yīng)力角度積分,獲得了成形區(qū)板料的受力狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了成形力的解析表達(dá),從而建立了一種關(guān)于靜壓支撐-超聲振動單點(diǎn)增量成形力的解析模型。建立了考慮靜壓支撐和超聲振動的單點(diǎn)增量成形過程有限元仿真模型,對工具頭賦予軸向超聲振動沖擊載荷,對板料背部賦予等靜壓柔性強(qiáng)支撐。通過... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

各種形式的單

西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文4（a）Amino公司的SPIF機(jī)床（b）J.RDuflou的SPIF機(jī)床（c）Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)SPIF機(jī)床圖1-4各種形式的單點(diǎn)增量成形設(shè)備Fig.1-4Singlepointincrementalformingequipmentsofvarioustypes因SPIF技術(shù)具備智能化、柔性化、快速化等制造優(yōu)勢，因此非常適用于個(gè)性化定制和中小批量生產(chǎn)。在航空航天領(lǐng)域中，板料制件是主要結(jié)構(gòu)件，一架大型飛機(jī)上的板料制件數(shù)約占整機(jī)零件數(shù)的一半�，F(xiàn)采用的超塑性加工方法，成形設(shè)備復(fù)雜，制造成本高、周期長，而使用SPIF技術(shù)對其成形，不僅能夠降低制造成本，還能提高和控制制件的局部特性[9]；在汽車領(lǐng)域中，市場對汽車覆蓋件外形的個(gè)性化需求越來越高，傳統(tǒng)的汽車覆蓋件沖壓工藝因模具制造周期過長且成本較高，無法及時(shí)響應(yīng)市場的需求，故已有學(xué)者提出將SPIF技術(shù)應(yīng)用到汽車領(lǐng)域[10][11][12]；在醫(yī)療領(lǐng)域中，已有學(xué)者提出利用SPIF技術(shù)來定制成形生物鈦合金板料[13]，來修復(fù)和矯形人體骨骼，如：顱骨修復(fù)和裸足矯形[14，15]；在藝術(shù)領(lǐng)域中，憑借SPIF技術(shù)快速柔性的特點(diǎn)，也可以創(chuàng)作出高延伸率的定制浮雕作品[16，17]。1.3單點(diǎn)增量成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀自日本學(xué)者松原茂夫提出SPIF技術(shù)后，越來越多的科研人員開始關(guān)注并系統(tǒng)研究這項(xiàng)新興的板料塑性成形手段，取得了大量的研究成果。本文主要對SPIF技術(shù)的力學(xué)機(jī)理、數(shù)值模擬、成形精度及輔助工藝方面進(jìn)行綜述。1.3.1力學(xué)機(jī)理研究現(xiàn)狀有關(guān)SPIF技術(shù)的成形機(jī)理研究主要是對力學(xué)機(jī)理方面進(jìn)行研究，可以概括為以下幾個(gè)方向：應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、成形力與精度的關(guān)系、成形力與成形參數(shù)的關(guān)系、成形力建模和預(yù)測等等。L.Filice等[18]研究了板料在SPIF技術(shù)作用下的受力狀態(tài)與變形方式，發(fā)現(xiàn)變形區(qū)域的材料受到很大的靜水壓力作用，其對板料整體變形?

西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文28圖3-5板料鼓包Fig.3-5Sheetmetalbulge圖3-6靜壓支撐-單點(diǎn)增量有限元模型Fig.3-6FiniteelementmodelofSPS-SPIF（5）軌跡動態(tài)加載成形軌跡取決于相應(yīng)的數(shù)控代碼（NC），無法直接加載于ABAQUS中，需利用MATLAB對NC進(jìn)行修正轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的NC可以實(shí)現(xiàn)工具頭軌跡的動態(tài)加載。具體操作為：利用MATLAB對NC進(jìn)行如圖3-7所示的修正，設(shè)置G1為按行讀取程序代碼的標(biāo)識符，逗號為各行X、Y、Z坐標(biāo)的終止判斷標(biāo)識符，代碼中的X、Y、Z坐標(biāo)代表工具頭的空間坐標(biāo)，由此轉(zhuǎn)化得到空間坐標(biāo)與時(shí)間之間的對應(yīng)關(guān)系，將其輸入到ABAQUS中作為工具頭的分析步設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)工具頭軌跡的動態(tài)加載。修正前Z0.0X-33.586Y0.0Z-1.X-33.468Y-2.806......X-8.784Y5.92X-9.563Y4.558X-10.131Y3.095X-10.477Y1.565X-10.593Y0.0Z0.0，修正后G1Z0.0G1X-33.586，Y0.0G1Z-1.，G1X-33.468，Y-2.806......G1X-8.784，Y5.92G1X-9.563，Y4.558G1X-10.131，Y3.095G1X-10.477，Y1.565G1X-10.593，Y0.0G1Z0.0，圖3-7單點(diǎn)增量成形數(shù)控程序代碼修正Fig.3-7Thenccodecorrectionofsinglepointincrementalforming以成形角為45°的圓錐臺件為例，得到ABAQUS中工具頭動態(tài)加載空間坐標(biāo)與時(shí)間的關(guān)系如圖3-8所示。020406080100120140160180200-40-30-20-10010203040X位移(mm)時(shí)間T(s)（a）X方向位移020406080100120140160180200-40-30-20-10010203040Y位移(mm)時(shí)間T(s)（b）Y方向位移020406080100120140160180200-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202時(shí)間T(s)Z位移(mm)（c）Z方向位移圖3-8SPIF成形路徑坐標(biāo)-時(shí)間圖Fig.3-8Thecoo

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]1060鋁板超聲振動單點(diǎn)增量成形極限研究[J]. 楊明順,肖旭東,姚志遠(yuǎn),袁啟龍,李言,李玉璽.  兵工學(xué)報(bào). 2019(03)
[2]超聲振動-單點(diǎn)增量復(fù)合成形過程中成形力的分析與建模[J]. 柏朗,李言,楊明順,姚梓萌,姚志遠(yuǎn).  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2019(02)
[3]超聲振動單點(diǎn)增量成形力研究[J]. 柏朗,李言,楊明順,姚梓萌,徐青.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2018(02)
[4]金屬板料單點(diǎn)增量成形的徑向精度研究[J]. 范淵,李言,楊明順,姚梓萌,柏朗.  機(jī)械強(qiáng)度. 2017(02)
[5]響應(yīng)面法在單點(diǎn)增量成形質(zhì)量控制多目標(biāo)優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 姚梓萌,李言,楊明順,徐青,柏朗.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2017(03)
[6]大型鋁合金曲面件在電磁漸進(jìn)成形首次放電條件下的起皺行為研究[J]. 龔航,黃亮,李建軍,戴亞雄,曹全梁,韓小濤,李亮.  中國材料進(jìn)展. 2016(04)
[7]板料單點(diǎn)漸進(jìn)成形力仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 李鵬陽,徐海峰,安武潤,王權(quán)岱,傅衛(wèi)平,杜彬.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)
[8]超聲振動塑性加工技術(shù)的現(xiàn)狀分析[J]. 趙升噸,李泳嶧,范淑琴.  中國機(jī)械工程. 2013(06)
[9]一種基于高壓水射流的金屬板材柔性漸進(jìn)成形技術(shù)[J]. 李赳華,何凱,羅群,毛賀,杜如虛.  集成技術(shù). 2012(03)
[10]某汽車減震器多道次漸進(jìn)成形數(shù)值模擬分析[J]. 劉春達(dá),胡建標(biāo),劉健,周杰,田飛.  熱加工工藝. 2012(01)



本文編號：3278191