单点增量成形过程数值模拟及成形力的研究

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单点增量成形是一种新型板材柔性无模成形技术,与传统冲压成形相比,单点增量成形能很容易通过改变成形工具头运动轨迹来改变成形件的形状,可以缩短产品研发周期,降低研发成本,满足当今制造业的个性化生产需求。由于在常规的实验研究中,很难直接得到详细的应力应变参数,不能全面的反映整个成形过程,因此本文结合有限元数值模拟和物理实验,对单点增量成形过程应力应变分布、轨迹规划和成形过程成形力进行研究。  根据弹塑性和有限元基本理论,研究了单点增量成形过程建模的方法,综合考虑计算效率和精度,本文采用S4R四节点壳单元、网格大小1mm、混合强化材料模型、库仑摩擦模型的有限元模型。  基于单点增量成形有限元模型,对成形过程应力、应变的变化规律进行研究,随着加工的进行等效应力和应变的极值均先增大,最终达到稳定值。通过应变分析说明整个成形过程是经历多次小变形的累积后达到目标变形量,成形过程近似于一种平面应变过程,在切向发生拉伸变形,厚度方向发生压缩变形,并且通过仿真验证板厚变化规律符合t?t0 cos?。  利用顺逆相间轨迹和压入点均布轨迹,对采用这两种轨迹的成形过程进行仿真,结果表明采用压入点均布轨迹可以较好的消除压痕缺陷、增大最小板厚、减小最大等效塑性应变。  通过实验得到不同参数下的成形件,得到成形件的表面粗糙度和成形过程的成形力,并对多道次直壁零件的成形进行了初步研究;通过仿真和实验得到成形力的对比,验证了有限元模型的正确性。  通过对整个成形过程成形力的分析,将成形力分为对刀、轴向进给和走等高线三个阶段分别研究,结果表明轴向进给时的成形力大于走等高线时的成形力;研究了轴向进给量、工具头直径、板材厚度、成形角、成形形状等工艺参数对成形力的影响,为成形设备吨位的选择以及成形工具的设计提供可靠的依据。
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