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单点渐进成形的机理分析及数值模拟研究

赵彬  
【摘要】: 单点渐进成形是在数控机床上通过计算机程序控制形状简单的成形工具,利用其运动轨迹对金属板料进行连续局部塑性成形的加工方法,在板类件成形领域有着广泛的应用前景。该成形方法涉及到塑性力学、数控技术、计算机技术,采用了“降维”的思想,将一个物理实体的制造由复杂的三维成形离散成一系列简单的二维层进行加工。 单点渐进成形是板料成形领域中的研究热点,探讨单点渐进成形工艺对板料塑性成形技术的发展有着重要的意义。本文总结了国内外关于单点渐进成形的研究现状;对单点渐进成形机理进行了分析,建立了成形过程的数学模型;探讨了成形轨迹的设计原则,提出了过单点渐进成形和欠单点渐进成形的概念。 本文探讨了无模单点渐进成形和有模单点渐进成形的成形过程以及力学模型,采用有限元方法对板料单点渐进成形过程进行了数值模拟研究。研究了工艺参数对单点渐进成形过程的影响,包括成形工具球头半径、垂直压下量、水平偏移量、摩擦条件以及成形工具与凸模之间的间隙,为进行单点渐进成形实验作了准备工作。分析了数值模拟结果的板料成形性能,探讨了成形过程中拉裂、起皱等缺陷产生的原因及抑制方法,比较了无模与有模单点渐进成形在厚度减薄率和成形精度方面的区别,分析了单点渐进成形“层”变形特点包括板料不同区域的应变历史以及厚度变化趋势。研究工作表明,用有限元方法对单点渐进成形过程进行数值模拟,可以为单点渐进成形工艺参数的确定和成形性的判断提供重要依据。


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