金屬板料漸進(jìn)成形質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、漸進(jìn)成形工藝是一種新興的金屬板料柔性快速成形技術(shù)，由于不需要模具或僅采用簡(jiǎn)單模具支撐，即可按照預(yù)先編制的加工程序，通過專用數(shù)控設(shè)備造出成形極限較大，形狀復(fù)雜的板金零件，因此漸進(jìn)成形技術(shù)特別適合于板金類產(chǎn)品的單件、小批量生產(chǎn)及產(chǎn)品試制。成形質(zhì)量較差與成形效率不高是困擾當(dāng)前漸進(jìn)成形工藝應(yīng)用與推廣的兩大主要問題，本文首次針對(duì)金屬板料漸進(jìn)成形質(zhì)量及其控制問題，系統(tǒng)深入的研究了成形零件質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的基本原理、關(guān)鍵工藝及改善措施，主要包括成形工藝與

2、成形機(jī)理、漸進(jìn)成形工藝條件下的材料流動(dòng)規(guī)律與零件回彈、成形補(bǔ)償技術(shù)及漸進(jìn)成形自動(dòng)編程技術(shù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果可概括為：
　　 深入研究了金屬板料漸進(jìn)成形過程及成形機(jī)理。漸進(jìn)成形工藝大致可分為工藝模型建立，工藝準(zhǔn)備及成形三個(gè)步驟，針對(duì)其成形過程，提出了成形過程劃分模型，將整個(gè)過程劃分為初始成形，穩(wěn)定成形及終了成形三個(gè)主要階段；為研究成形階段材料變形機(jī)理，建立其受力分析模型，提出了變形區(qū)劃分方案，進(jìn)而提出了可能存在的失穩(wěn)形式及

3、危險(xiǎn)失穩(wěn)點(diǎn)的判斷方法；綜合各成形階段材料可能存在的變形方式，提出了漸進(jìn)成形最終變形行為的判斷方案。
　　 深入研究了金屬板料漸進(jìn)成形過程中材料流動(dòng)規(guī)律，提出了材料流動(dòng)的基本規(guī)律-余弦規(guī)律，即在理想條件下，由于簡(jiǎn)單夾具及成形零件自身的約束作用，材料僅在成形軸向發(fā)生剪切滑移變形，其變形屬于平面應(yīng)變；基于平面應(yīng)變?cè)恚岢隽吮诤穹植加?jì)算公式，并以此為基礎(chǔ)自主開發(fā)了漸進(jìn)成形零件厚度計(jì)算軟件模塊。對(duì)于拉深類漸進(jìn)成形，由于沒有簡(jiǎn)單夾具的約束

4、作用，成形時(shí)，金屬板料處于自由狀態(tài)，邊緣材料發(fā)生徑向補(bǔ)充流動(dòng)，其變形不符合余弦基本規(guī)律，為此，提出了一種基于“虛擬靠模導(dǎo)向法”的壁厚分布有限元估算方法。
　　 深入研究了回彈對(duì)金屬板料漸進(jìn)成形零件質(zhì)量的影響，提出了成形誤差補(bǔ)償回彈評(píng)價(jià)方法，即通過確定測(cè)量方向上的理論補(bǔ)償量與實(shí)際補(bǔ)償量之間的差異來衡量回彈大小；按照成形誤差補(bǔ)償回彈評(píng)價(jià)原理，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，進(jìn)行成形試驗(yàn)，研究表明：成形零件平均回彈量δE值很小，采取誤差補(bǔ)償措施可顯著提

5、高零件成形精度；進(jìn)而基于主變形區(qū)材料的雙拉應(yīng)力狀態(tài)，提出了該變形區(qū)材料基本不發(fā)生回彈的假設(shè)。為使用有限元方法對(duì)成形零件回彈進(jìn)行研究，自主開發(fā)了漸進(jìn)成形有限元分析加載路徑自動(dòng)生成軟件模塊，在此基礎(chǔ)上將彈塑性有限元求解的顯式算法和隱式算法聯(lián)合使用，采用顯式算法模擬成形過程，采用隱式算法模擬回彈過程。模擬結(jié)果表明：材料主要變形區(qū)的回彈很小，且隨著成形角的增大，零件在接觸變形區(qū)的最大回彈量逐漸減小，且呈近似線性關(guān)系。
　　 深入研究了漸

6、進(jìn)成形補(bǔ)償技術(shù)。為研究精度對(duì)成形質(zhì)量的影響，提出了成形精度位移誤差評(píng)價(jià)方法，即通過確定測(cè)量方向上的變形位移誤差來衡量零件成形精度。為進(jìn)行成形補(bǔ)償，提出了成形力理論計(jì)算與修正計(jì)算模型。成形過程中，成形工具系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為一個(gè)懸臂梁系統(tǒng)，在成形力的作用下，容易發(fā)生彈性變形，造成成形不足，引起精度下降。分析成形工具與金屬板料的接觸關(guān)系，簡(jiǎn)化其過程，借助幾何作圖法建立了成形力理論計(jì)算公式，進(jìn)而通過試驗(yàn)途徑建立成形力修正公式。在此基礎(chǔ)上，按照幾何補(bǔ)償

7、原理，建立漸進(jìn)成形補(bǔ)償方案。研究表明，采取補(bǔ)償措施后，成形精度顯著提高，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
　　 深入研究了漸進(jìn)成形加工自動(dòng)編程技術(shù)。自主開發(fā)了自動(dòng)編程系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)零件可成形性分析，成形軌跡生成與優(yōu)化，成形加工仿真三個(gè)主要功能。以厚度減薄為依據(jù)，設(shè)置閥值，以判斷板料是否會(huì)破裂，進(jìn)而判斷成形可否順利進(jìn)行。處理導(dǎo)入的模型數(shù)據(jù)以生成成形工具加工軌跡；根據(jù)螺旋線及貝塞爾曲線等具備的優(yōu)良性質(zhì)，針對(duì)加工路徑設(shè)計(jì)優(yōu)化算法，以光順加工軌