【摘要】：板材成形技術(shù)與汽車、船舶、航空航天等制造領(lǐng)域密切相關(guān),其成形質(zhì)量直接影響產(chǎn)品件的外觀及使用性能。傳統(tǒng)的整體模具成形技術(shù)其模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)要求高,制造和調(diào)試周期長(zhǎng),一套模具只能生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的一種零件。隨著社會(huì)的發(fā)展,板材成形呈現(xiàn)小批量生產(chǎn)、外觀個(gè)性多樣和快速更新的特點(diǎn),并且隨著新型材料的涌現(xiàn),新型材料的成形問題也亟待解決。多點(diǎn)成形是一種數(shù)字智能化的板材成形技術(shù),將傳統(tǒng)模具的整體形面離散為具有一定排列規(guī)則且高度可調(diào)的基本體沖頭,通過基本體沖頭形成的包絡(luò)面進(jìn)行成形。得益于多點(diǎn)模具的可重構(gòu)性,一套多點(diǎn)模具就可以根據(jù)要求成形不同規(guī)格的零件,可在成形過程中快速修正模具形面進(jìn)行誤差補(bǔ)償,也可使用一套模具進(jìn)行板材的多道次和分段成形,是一種快速、高效且便捷的板材成形技術(shù)。根據(jù)多點(diǎn)成形過程中各基本體之間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),多點(diǎn)成形可依此分為多點(diǎn)模具成形和多點(diǎn)壓機(jī)成形,其中多點(diǎn)模具成形需在板材成形之前進(jìn)行預(yù)調(diào)形,成形過程中各基本體無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),而多點(diǎn)壓機(jī)成形中,各基本體在板材的成形過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)形。多點(diǎn)成形沖頭分為固定沖頭和擺動(dòng)沖頭,其中擺動(dòng)沖頭在成形過程中能根據(jù)板材的變形發(fā)生自適應(yīng)擺動(dòng)。擺頭單元多點(diǎn)壓機(jī)成形結(jié)合多點(diǎn)壓機(jī)和擺動(dòng)沖頭的優(yōu)點(diǎn),板材受到約束更充分,能夠有效抑制起皺缺陷,得到高質(zhì)量的無(wú)缺陷成形件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的發(fā)展,板材成形數(shù)值模擬技術(shù)輔助產(chǎn)品的開發(fā)得到廣泛應(yīng)用。通過數(shù)值模擬軟件仿真分析板材的成形過程,了解成形件的應(yīng)力應(yīng)變分布,預(yù)測(cè)成形缺陷,從而進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化,對(duì)板材的實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。本文采用數(shù)值模擬方法研究新型材料的多點(diǎn)成形,優(yōu)化工藝參數(shù),采用多道次多點(diǎn)成形工藝得到高質(zhì)量的工件;結(jié)合多點(diǎn)壓機(jī)和擺頭單元提出了擺頭單元多點(diǎn)壓機(jī)成形,驗(yàn)證了其在板材成形中抑制起皺的良好作用,拓寬了多點(diǎn)成形應(yīng)用范圍;分析了聚氨酯彈性墊參數(shù)的變化對(duì)板材多點(diǎn)成形質(zhì)量的影響作用。本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)多點(diǎn)成形有限元模型的建立探究板材的多點(diǎn)成形原理及過程,分析多點(diǎn)成形與傳統(tǒng)模具成形的差異,說明板材多點(diǎn)成形方法的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì);基于板材的多點(diǎn)成形原理和有限元理論,建立了板材多點(diǎn)成形的有限元模型;并就涉及的幾何模型建立、材料模型選取、邊界條件設(shè)定、單元類型使用及網(wǎng)格劃分等進(jìn)行了詳細(xì)的討論,為板材多點(diǎn)成形的數(shù)值模擬研究奠定基礎(chǔ)。(2)板材的多道次多點(diǎn)成形工藝研究討論了多道次多點(diǎn)成形的原理;探究了多點(diǎn)成形的型面補(bǔ)償方法和板材成形起皺缺陷的產(chǎn)生原因;采用數(shù)值模擬和多點(diǎn)成形試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)1561鋁合金的船用外板進(jìn)行回彈補(bǔ)償,確定多道次成形工藝,并進(jìn)行一次成形和多道次成形仿真模擬,對(duì)比成形效果,同時(shí)通過多點(diǎn)成形試驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:相較于一次成形工藝,采用多道次成形工藝可改善板材成形質(zhì)量,有效抑制起皺缺陷的產(chǎn)生,得到應(yīng)變分布均勻,厚度分布合理的成形件,亦能減小回彈量和成形誤差,提高成形件質(zhì)量。(3)擺頭單元多點(diǎn)壓機(jī)成形方法研究分析球形件在多點(diǎn)成形過程中的受力狀態(tài),探討球形件起皺缺陷的產(chǎn)生原因及區(qū)域;結(jié)合擺動(dòng)沖頭和多點(diǎn)壓機(jī)成形兩者的優(yōu)點(diǎn),以球形件為研究對(duì)象建立有限元模型,并與多點(diǎn)模具成形、擺頭單元多點(diǎn)模具成形、多點(diǎn)壓機(jī)成形的成形效果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證擺頭單元多點(diǎn)壓機(jī)成形在抑制起皺缺陷方面的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明:采用擺頭單元多點(diǎn)壓機(jī)成形,板材變形均勻且受到充分約束,得到的成形件應(yīng)力和應(yīng)變分布最為均勻,能夠有效抑制起皺,得到高質(zhì)量的成形件。(4)聚氨酯彈性墊參數(shù)對(duì)板材多點(diǎn)成形質(zhì)量影響的研究以球形件為研究對(duì)象,通過有限元數(shù)值模擬方法分析了彈性墊的作用以及彈性墊層數(shù)、硬度、厚度對(duì)成形件質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:彈性墊可有效抑制多點(diǎn)成形中的壓痕缺陷;彈性墊分層可改善成形件的應(yīng)力應(yīng)變分布,得到應(yīng)力應(yīng)變連續(xù)均勻的成形件,隨著彈性墊層數(shù)的增加,成形件的殘余應(yīng)力減小,但回彈量增加;同一厚度的彈性墊,隨著彈性墊硬度的增加,成形中彈性墊對(duì)板材的約束能力增加,可抑制起皺缺陷;對(duì)比在聚氨酯彈性墊和65Mn彈簧鋼彈性墊條件下板材的成形質(zhì)量,65Mn彈簧鋼作為彈性墊相當(dāng)于整體模具成形,相比聚氨酯彈性墊可更有效抑制起皺,得到高質(zhì)量成形件;隨著彈性墊厚度的增加,板材多點(diǎn)成形件的起皺缺陷減小,但局部彎曲效應(yīng)嚴(yán)重。因此,多點(diǎn)成形中對(duì)于彈性墊的選擇需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。
【圖文】：

4（c）首爾東大門廣場(chǎng) （d）鈦合金顱骨修復(fù)體圖 1.4 多點(diǎn)成形技術(shù)實(shí)際應(yīng)用Fig.1.4 Practical application of multi-point forming technology多點(diǎn)成形起源于日本，到目前已經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者相繼對(duì)多點(diǎn)成形進(jìn)行了研究和探討。1959 年，日本的中島尚正[30]通過金屬絲束構(gòu)建的簡(jiǎn)易裝置進(jìn)行了早期的多點(diǎn)成形嘗試。后來(lái)，日本的一些專家學(xué)者諸如西\「蝗市踇31,32]、

42]對(duì)高強(qiáng)度鋼多點(diǎn)對(duì)壓成形過程中的回彈進(jìn)行了模擬研究。以上研究對(duì)質(zhì)量的提升形成指導(dǎo)。李湘吉[43]等提出了多點(diǎn)成形與漸進(jìn)成形技術(shù)相結(jié)成形新方法。彭赫力[44]等把多點(diǎn)成形用于聚合物的成形，研究了沖頭數(shù)成形件表面精度和形狀精度的影響，進(jìn)一步拓展了多點(diǎn)成形的應(yīng)用范圍形已成功應(yīng)用到了船體外板成形，高速列車車頭覆蓋件的成形，醫(yī)學(xué)顱鳥巢建筑工程結(jié)構(gòu)鋼件等的成形。柔性軋制成形統(tǒng)的軋制成形只能進(jìn)行厚度的減薄，而柔性軋制成形[45-47]是一種可實(shí)現(xiàn)成形的柔性成形技術(shù)。圖 1.5 是柔性軋制成形原理圖，，其基于多點(diǎn)成形利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)控制柔性輥，通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)的高度使軋輥具有一定的曲均勻分布達(dá)到板材的橫向變形，同時(shí)由于輥縫的不均勻分布導(dǎo)致板材縱從而促使板材縱向成形，最終成形出三維曲面件。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TG306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2690214