枝椏類零件多向加載無飛邊成形理論與技術(shù)研究.pdf

1、多向主動加載對于枝椏類零件是一種理想的成形方法。相對于其它的成形工藝，該工藝通過控制不同加載路徑，改變應(yīng)力狀態(tài)，提高金屬的流動性，并降低成形力，能有效提高產(chǎn)品力學(xué)性能和材料利用率。該工藝最大的優(yōu)點是只需一火即可完成傳統(tǒng)成形需多道完成的工序，實現(xiàn)復(fù)雜零件的整體成形，生產(chǎn)效率高。但是，多向主動加載的成形最主要的缺點是：由于在主動凹模的分模面上嚴重出現(xiàn)飛邊，導(dǎo)致不能合模，后續(xù)的動作無法繼續(xù)，致使該工藝的推廣遇到了瓶頸。本文研究在主動加載過程中

2、如何實現(xiàn)無飛邊成形的理論與方法。
　　多向主動加載過程中飛邊產(chǎn)生的原因主要是由于在成形過程中，具有模具不封閉的自由流動空間。據(jù)此創(chuàng)新地提出一種鋸齒形曲面分模的主動加載凹模模具結(jié)構(gòu),并建立了多向加載無飛邊控制成形原理:通過在動模的分模面上采用鋸齒形結(jié)構(gòu)，使坯料變形后的鼓形部位的金屬形成飛邊的趨勢得以控制，隨著齒形的嚙合，使得形成飛邊的流動距離延長，不封閉的自由空間減少，從而實現(xiàn)無飛邊控制成形。結(jié)果表明：采用該方法設(shè)計的模具，有效地解

3、決了在多向主動加載過程中產(chǎn)生飛邊，導(dǎo)致成形不能繼續(xù)的難題，為多向主動加載的成形工藝的進一步研究與推廣提供重要參考。
　　通過對新型齒形模具成形過程中的變形體進行變形分區(qū)，獲得主動加載條件下金屬的流動規(guī)律。在分析計算各分區(qū)速度分量的理論基礎(chǔ)上，采用中心復(fù)合試驗設(shè)計得出枝椏類零件多向加載時產(chǎn)生飛邊量（目標函數(shù)）與齒形長度b，齒形厚度h和成形枝椏型腔面積s（設(shè)計變量）的回歸模型。通過方差分析對該模型的擬合精度檢驗，并對模型進行了修正。分

4、析方差分析中的P值獲得影響飛邊產(chǎn)生的主效應(yīng)的主次順序。利用響應(yīng)曲面顯示出各主效應(yīng)的交互作用對于產(chǎn)生飛邊的影響。
　　論文針對某型典型鋁合金枝椏零件首次利用響應(yīng)面法和分式析因設(shè)計(fractional factorial design)的篩選方法對多向主動加載模具結(jié)構(gòu)參數(shù)進行研究，以成形件飛邊質(zhì)量和主動加載成形載荷為目標函數(shù)，選取齒形曲面分模結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量，進行模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，得到飛邊及載荷與各模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的回歸模型。借

5、助于該模型采用半正態(tài)概率圖顯示，有效篩選出多向主動加載模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中對飛邊量和載荷影響效應(yīng)顯著的設(shè)計變量及其交互作用。論文還對多向主動加載過程中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，深入研究不同工藝參數(shù)在成形過程中對不同狀態(tài)變量的影響。
　　采用BOX-Behnken實驗設(shè)計對多向主動加載時的成形工藝參數(shù)設(shè)計試驗方案并進行優(yōu)化，得到了該典型枝椏零件最佳的成形速度、成形溫度和摩擦系數(shù)的組合及最優(yōu)化的目標函數(shù)值（產(chǎn)生飛邊量和成形載荷）。
　　研究

6、了典型難變形材料的特性，在自主開發(fā)的12.5MN-3.15MN-3.15MN多向壓機上進行了實驗驗證。結(jié)果顯示：采用最優(yōu)化的參數(shù)組合，成形過程中產(chǎn)生的飛邊量極少。各部位的金相組織和最終的力學(xué)性能顯示：所成形零件的各部位組織晶粒尺寸差別不大，變形相對均勻，組織細化，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
　　本文的主要創(chuàng)新點有：
　　（1）提出一種鋸齒形曲面分模的主動加載凹模，實現(xiàn)多向主動加載過程無飛邊成形。
　　（2）用響應(yīng)面法對成形具