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振动单点渐进无模成形机理研究及数值分析

张仲凯  
【摘要】: 针对板材在单点渐进成形过程中受力不均匀,容易出现失稳,并产生堆积、起皱、破裂等缺陷。若将振动技术引入到这种工艺,其成形机理将发生变化,板材加工的质量也将得到提高。模拟实验分析表明,在施加振动后,单点渐进成形过程中的成形力和等效应力发生了显著变化。 采用理论分析和计算机模拟相结合的方法对振动单点渐进成形过程中的机理进行研究,主要完成了以下工作: (1)通过对工具头局部成形区域的单元体进行分析,建立力学方程。根据板材塑性成形过程中的拉应力与剪应力关系的假设,可以得到力学方程的近似解。 (2)按照给定的工艺参数、材料的机械性能参数和振型参数利用MATLAB对力学方程进行求解,可以得到相关的应力曲线。模拟实验分析表明,在施加振动后,单点渐进成形过程中的应力发生了显著变化;在相同成形角的条件下,与低频振动相比,高频振动对成形应力的影响更加明显;但在低频振动条件下,存在成形角度条件;在高频振动条件下,存在频率条件。 (3)根据工具头和板料的接触状况,以及板料成形机理的研究,并做出了一些合理假设,建立了振动单点渐进无模成形的有限元模型。 (4)通过DEFORME对单点渐进成形的有限元模型进行求解,得出了振动频率、振幅振动、工具头的进给量、半径、自转速度和公转速度对渐进成形的影响曲线。与常规无施加振动成形相比,在施加振动后,成形力和等效应力都有所下降,应力集中的现象有所改善,成形精度和工件的表面质量都有很大提高,从而揭示了振动单点渐进无模成形的机理。 通过以上表明,本论文的研究将对振动单点渐进无模成形理论与应用研究提供有效的途径,具有较好的理论研究意义和实际应用价值。


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