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板料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。直壁件的成形是渐进成形的难点,本文以方盒形件为例,系统地研究其成形机理和工艺,并对多道次成形的数值模拟进行了初步探索。
本文分析了金属薄壁直壁件的渐进成形机理,提出板料成形的两个基本变形模型,得出板料塑性变形是反复进行的弯曲和反向弯曲过程的结论,并用应变全量理论和应变增量理论分析了弯曲阶段和反向弯曲阶段的变形机理。根据成形机理,分析了单道次无法成形较高直壁的原因,并就多道次成形直壁的可行性进行分析。
本文通过实验探讨了单道次成形方盒形件的成形极限和成形质量问题,分析了工具头直径、过渡圆角半径及轴向进给量对它们的影响;研究了多道次成形过程中工具头直径、进给量、走刀方式、过渡圆角半径等参数与板料变形的关系,由于数控成形的特点,路径规划对直壁件加工至关重要。重点讨论了方盒形件多道次渐进成形的路径规划及其优化,实际加工出了高度22mm、边长60mm的壁厚较为均匀的盒形件,并对路径缩放在盒形件成形中的应用进行了研究。
本文探讨了渐进成形的成形过程以及力学模型,建立了有限元模型,用ANSYS软件对多道次渐进成形过程的数值模拟进行了创新性研究,通过整体化和规格化处理实现了多道次成形路径的加载,成功的模拟了边长60mm,高度20mm,棱边过渡圆角半径10mm的方盒形件的多道次成形过程,获得了各道次的厚度、应变和应力分布图,与实验结果比较符合。