【摘要】：金屬板材成形廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。傳統(tǒng)的成形工藝依賴(lài)模具,周期長(zhǎng),效率低,費(fèi)用高,難以適應(yīng)小批量、多品種和新品試制的需要。單點(diǎn)漸進(jìn)成形(Single Point Incremental Forming,SPIF)無(wú)需模具,柔性好,成本低,適宜于小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品加工,引起了全世界研究人員的普遍關(guān)注。然而,單點(diǎn)漸進(jìn)成形受制于其成形幾何精度不高、變形控制措施缺乏等因素,在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問(wèn)題。為提高漸進(jìn)成形精度,從縮小變形區(qū)并控制局部變形的角度出發(fā),本文研究了三點(diǎn)漸進(jìn)成形(Three Opposite Points Incremental Forming,TOPIF),重點(diǎn)研究了其變形過(guò)程及機(jī)理、工藝參數(shù)選取和成形實(shí)驗(yàn)。主要研究工作如下:(1)研究并分析了三點(diǎn)漸進(jìn)成形的局部塑性變形和彈性彎曲變形。基于錐形屈服和變形約束條件,分析了局部變形分布及其對(duì)整體成形形狀的影響;進(jìn)而,提出了等效加工層模型的概念,并據(jù)此建立了等效簡(jiǎn)支圓板模型,求解了等效成形層彈性撓度的表達(dá)形式,實(shí)現(xiàn)了彈性彎曲變形分析,得到了三點(diǎn)漸進(jìn)成形彈性變形比塑性變形較小的結(jié)論。通過(guò)對(duì)單點(diǎn)和三點(diǎn)漸進(jìn)成形分別進(jìn)行局部塑性變形和等效加工層彈性彎曲變形分析,理論解釋了三點(diǎn)漸進(jìn)成形比單點(diǎn)漸進(jìn)成形精度高、局部變形易于控制的原因。(2)研究并探討了三點(diǎn)漸進(jìn)成形等效加工層的塑性變形力學(xué)特征。利用薄膜分析理論和平面應(yīng)變條件,建立了描述變形規(guī)律的力學(xué)方程,求解了等效虛擬應(yīng)力應(yīng)變,分析了其變形狀態(tài)和變形方式,為理解其變形機(jī)理本質(zhì)和指導(dǎo)路徑規(guī)劃、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。(3)研究了基于法向漸變屈服的三點(diǎn)漸進(jìn)成形變形基本算法。通過(guò)分析初始板材到目標(biāo)形狀映射的變形軌跡,求解了變形過(guò)程中的分層塑性位移,計(jì)算了任一節(jié)點(diǎn)的變形過(guò)程及歷史位移等信息,為預(yù)測(cè)幾何形狀和板材減薄提供了基礎(chǔ)依據(jù)。(4)研究并建立了基于LS-DYNA的三點(diǎn)漸進(jìn)成形數(shù)值分析方法,并以此為基礎(chǔ)探討了其變形機(jī)理和特點(diǎn)。基于增量理論和塑性勢(shì)關(guān)聯(lián)算法,實(shí)現(xiàn)了錐臺(tái)件成形的有限元模擬。錐臺(tái)件的仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提等效加工層模型、法向屈服變形算法和平面應(yīng)變等力學(xué)特征的正確性,證實(shí)了三點(diǎn)漸進(jìn)成形精度高、局部變形范圍小、變形控制有效。探討了其變形主要模式是彎曲、擠壓和剪切的聯(lián)合作用,分析了其根本原因在于對(duì)頂式輔助工具頭和支撐工具頭的引入。(5)實(shí)驗(yàn)研究了工藝參數(shù)對(duì)三點(diǎn)漸進(jìn)成形質(zhì)量的影響,歸納了工藝參數(shù)選取的一般原則。基于離散定義域內(nèi)線(xiàn)性插值,實(shí)現(xiàn)了等高線(xiàn)加工軌跡規(guī)劃。利用實(shí)驗(yàn)研究了進(jìn)給量、工具頭等對(duì)幾何輪廓和表面質(zhì)量的影響。基于目標(biāo)曲面的數(shù)學(xué)描述,利用法向漸變屈服的變形映射關(guān)系,建立了板厚計(jì)算的全新表達(dá)形式。通過(guò)錐臺(tái)件在幾何精度、主應(yīng)變、板厚及表面質(zhì)量等方面的理論研究、數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,驗(yàn)證了本文所做的理論分析及方法的正確性。最后,探討了橢球面件、凹凸特征件等復(fù)雜零件的成形實(shí)驗(yàn)和方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG306

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本文編號(hào)：2375075