金属板材成形行业中的多样化、快速精确成形一直是该领域中的难点所在,尤其是大型厚板件的成形,现有的加工方法存在着劳动强度大、生产周期长及成形精度低等劣势。多点成形作为一种具备离散化可重构模具型面的板材柔性成形技术,能够实现各种复杂形状、尺寸零件的快速成形。而摆动冲头多点成形则在此基础上对冲头进行优化设计,利用冲头在成形过程中与板材自适应贴合的特点,进一步提高了零件的表面质量与成形精度,同时拓宽了多点成形在板材厚度及曲率上的成形极限。研究大型厚板件在摆动冲头多点成形设备上的成形特点,对于车辆、船舶、建筑等行业的发展具有重要意义。本文的主要研究内容如下:1、摆动冲头多点成形原理与有限元模型建立基于多点成形设备的特点,对摆动冲头多点成形设备上的摆头装置进行介绍。阐述板材弹塑性有限元理论与厚板弯曲变形理论,以大型双曲率厚板件与球面厚板件为例,建立摆动冲头多点成形有限元模型,讨论模型中涉及到的材料力学性能参数、接触属性、载荷控制、约束条件及单元网格划分等问题。2、大型船体外板分段成形工艺研究探讨大型双曲率船体外板在摆动冲头多点设备上进行分段成形时重叠区大小、过渡区设计和成形顺序对质量的影响。研究表明:合理的重叠区在保证生产效率的前提下可减轻分段处塑性变形的剧烈程度;在有效成形区与未变形区之间设计过渡区,通过控制过渡区的曲率和高度差变化,可使板料流动更均匀,实现较为光滑的过渡连接,有效消除未设计过渡区时易出现的起皱、交界痕等缺陷;基于所设计的变形协调过渡区,对厚板件进行单向分段成形时,零件出现了加工硬化区且难以成形,而对厚板件进行从两端至中间的分段成形,则可获得残余应力、应变较低,形状精度较高,能完全成形的零件,以该方式进行实验,得到的零件质量与模拟结果相符。3、厚板零件成形时产生的直边效应及其控制方法以柱面件为例,分析零件成形后在边缘处出现直边效应的原因,并通过数值仿真研究余料、摆动冲头尺寸及基本体排布方式对直边效应的控制效果。结果表明:直边效应的产生来自于板件边缘区域上下摆头的非平衡力,且随着厚度及成形曲率的增加,该现象会更加明显;在保证目标形状的基础上增添余料可提高零件所需尺寸边缘处的成形精度,但当余料尺寸到达一定值后,边缘处的精度不能再提高;采用不同截面半径的摆动冲头进行成形,当不同尺寸冲头产生的有效成形面积接近时,改善效果不明显;在两种非对称排布的基本体下成形板材零件,通过优化应力状态,增加零件表面轮廓的连续性,均达到了改善直边效应的目的。4、摆动冲头多点成形厚板件时的回弹分析对不同材料、厚度的变曲率曲面件和不同厚度、曲率半径的球面件进行回弹数值模拟,对比零件特征位置上最大回弹量的变化趋势。探究不同反复成形路径对球面件回弹的影响,并对双曲率零件进行回弹计算,以鞍形件为例进行回弹补偿模拟。结果表明,随厚度增加,高强钢变曲率曲面件相邻厚度之间的回弹量减幅变缓;保持变曲率曲面件形状不变,相应厚度Q345零件的最大回弹量均远小于高强钢零件,且随厚度增加,Q345零件在x方向上边缘与中间处回弹量差值的变化趋势和高强钢零件有所不同;不同曲率球面件的回弹量随曲率减小而增加;采用反复成形方法可有效降低零件的回弹量,最优的反复成形路径达到了零件的技术要求;对鞍形件进行回弹补偿计算与模拟,得到了成形精度较高的零件。