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金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究

作　者: 叶明浩
导　师: 李敬勇
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 板料成形单点渐进成形数值模拟成形机理
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属板料数控单点渐进成形是一种通过程序控制成形工具头的运动轨迹,逐层形成零件的三维包络面,从而实现金属板料的连续局部塑性成形的柔性加工工艺。该种板料成形工艺在成形过程中不需要传统金属板料成形所用的模具,适用于航空航天中的小批量、多品种、形状复杂难成形的板料薄壳成形件加工以及样品试制,是一种具有十分广阔的应用前景和发展前途的先进制造技术。因此研究其成形机理和影响单点渐进成形件质量的工艺参数等具有重要意义。本文利用金属塑性成形理论分析了单点渐进成形工艺的应力应变状态,探讨了单点渐进成形过程的控制原则,进行单点渐进成形厚度以及减薄率的理论公式推算,为单点渐进成形工艺参数的选择提供理论依据。按照成形方式的不同将单点渐进成形分为无模单点渐进成形和有模单点渐进成形,分析了两种成形方式的成形过程,并利用ANSYS/LS-DYNA软件基于TA2板料分别建立有限元模型。利用数值模拟技术,通过改变成形工具头半径尺寸、垂直下压量、水平偏移量、板料厚度、工具头与板料的摩擦等单点渐进工艺参数研究不同工艺参数对单点渐进成形过程和成形件质量的影响,找出规律,优化试验工艺参数。通过无模单点渐进成形和有模单点渐进成形工艺的对比,如应力应变状态分析、成形精度、板厚分布、减薄率大小,比较两种单点渐进成形方式的不同之处。并分析了板料的变形区域的应变历史和厚度变化历史,深入了解单点渐进成形的变形机理。分别采用TA2工业纯钛、304不锈钢、1060纯铝板料进行了单点渐进成形加工。先分析所需成形目标零件的形状、尺寸大小、材料,再选择合理的工艺参数,使用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型进行模拟成形,通过分析模拟成形结果,再交由单点渐进成形机进行实际的成形加工。由于现有成形机吨位不够、工具头与板料之间磨损严重致使TA2工业纯钛板料成形失败。由于304不锈钢的流动性较差,在板料部分区域材料产生堆积,因此在成形件表面出现皱折,但并未出现破裂。由于1060纯铝的材料流动性很好,因此在成形件表面并未出现皱折,但1mm板料在成形过程中出现破裂,2mm板料未出现破裂。

金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究

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