铝型材多点拉弯模具头体与加工条件对制件成形质量影响研究

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柔性多点拉弯成形技术作为一种先进的制造方式结合了多点成形思想与传统的拉弯工艺,由一系列离散的多点模具头体构形型面代替传统的整体模具,可以实现模具型面的重构,并且在只更换模具头体的情况下可成形不同种截面的型材拉弯成形。与传统拉弯工艺不同的是,在柔性多点拉弯成形过程中,由于型材并不是完全与模具贴合,而是存在接触区与非接触区,所以多点模具的头体型面的构形会对成形制件的应力应变分布、形状尺寸精度以及卸载后的回弹产生影响。同时,目前对于柔性多点拉弯的研究对象仍为定曲率制件,对于目标成形形状为更复杂的变曲率制件回弹未见报道。本文主要研究内容与结论如下:首先,本文针对型材柔性多点拉弯的工艺特点,测量了6005A铝合金的材料属性、确定了部件单元选择与网格的划分方法,设置了合适的相互作用与边界条件,建立有限元仿真模型。并说明了形状误差以及回弹的表示与测量方法。对多点模具头体进行优化设计,研究多点模具头体型面曲率及宽度对制件应力应变分布、卸载前形状误差以及回弹的影响。结果表明:模具头体型面曲率与制件目标成形形状越接近,应力与应变分布越均匀、未卸载时形状误差与卸载后回弹越小;使用优化后型面曲率的模具头体构型,模具头体宽度越宽,能够使构成的整体模具型面更接近目标成形形状,均匀应力应变分布、减小卸载前形状误差与回弹,研究表明合适的模具头体宽度为150 mm。使用优化过型面的模具头体进行柔性多点拉弯试验,试验结果与有限元分析结果吻合程度较好,结果显示优化后的模具头体对“L”形截面型材拉弯制件有利于减小回弹。以矩形型材变曲率拉弯制件为研究对象,首先设计了变曲率拉弯的夹钳运行轨迹,建立矩形型材变曲率拉弯成形与回弹的有限元模型,并通过试验验证模拟的准确性;然后采用控制变量法,研究不同的工艺参数对变曲率拉弯制件回弹的影响规律:变曲率制件形状误差及回弹量随模具头体的排布密度增大而减小,且对于大曲率段的回弹影响更大;变曲率制件回弹随着预拉伸量和补拉伸量的适当增大而减小,但过大的补拉伸量会导致缩颈等质量缺陷;对摩擦系数的研究表明,适当地对模具头体与型材接触区域进行润滑有利于减小拉弯制件的回弹。对影响变曲率制件回弹的工艺参数—模具头体分布间距、预拉伸量、补拉伸量和摩擦系数对变曲率制件回弹的影响进行了正交试验分析,确定最优的工艺参数组合,结果表明:工艺参数对变曲率制件的回弹影响的主次关系为,模具头体分布密度、预拉伸量、补拉伸量和摩擦系数。得到正交试验中最优因素水平组合为:模具头体水平间距200 mm、预拉量1.2%、补拉量1.0%、摩擦系数0.075。
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