金属板材等离子弧二维精确成形技术的研究

论文摘要

金属板材等离子弧成形技术是近年来提出的一种先进的零件成形方法。它的加工过程不需要模具,仅利用热应力和热应变来实现板材成形。与水火成形和激光成形相比,等离子弧加热成形在单件、小批量零件生产中具有极大的潜在优势,受到各国学者的广泛关注。本文在参考了国内外相关研究的基础上,采用ANSYS有限元仿真软件,对等离子弧加热二维成形进行热力耦合仿真,主要研究了多次扫描、增厚效应及沿宽度方向变形对成形精度的影响,并对机械折弯进行了比较分析,为等离子弧二维精确成形提供了理论基础。建立了二维精确成形检测单元,分析了几种常用边缘检测算子及滤波去噪的算法的性能,在像素级边缘检测的基础上采用了Gauss亚像素算法,考察了该算法的正确性,并对检测单元进行误差分析。通过对1Cr18Ni9Ti板材试验研究,分析了扫描速度、扫描次数和冗余变形对二维成形精度的影响规律,根据试验数据,建立了神经网络预测单元,对预测单元的可靠性进行了测试。搭建了金属板材二维成形闭环试验系统,进行了二维精确成形试验,并分析了板材加热区组织变化影响。本文的研究为实现等离子弧加热弯曲成形工艺的实际应用奠定了基础,有利于实现大型板件无模具化、柔性化生产,对于降低生产成本缩短生产周期具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水火成形
• 1.2.2 激光成形
• 1.2.3 等离子弧成形
• 1.3 课题研究主要内容
• 第2章 等离子弧二维成形影响因素分析
• 2.1 等离子电弧加热弯曲成形有限元模型建立
• 2.1.1 模型建立
• 2.1.2 温度载荷
• 2.1.3 参数选取
• 2.1.4 仿真过程
• 2.2 影响成形精度的仿真结果分析
• 2.2.1 多次扫描对成形的影响
• 2.2.2 增厚效应对成形的影响
• 2.2.3 宽度方向变形对成形的影响
• 2.3 与机械折弯仿真对比
• 2.4 本章小结
• 第3章 等离子弧二维精确成形检测单元实现
• 3.1 二维成形检测单元组成及原理
• 3.2 二维精确成形检测单元功能实现
• 3.2.1 图像边缘检测及亚像素定位
• 3.2.2 亚像素边缘定位算法验证
• 3.2.3 图像预处理
• 3.2.4 图像预处理实验分析
• 3.2.5 直线拟合与角度计算
• 3.3 二维精确成形检测单元误差分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 等离子弧二维精确成形闭环试验研究
• 4.1 试验条件
• 4.1.1 试验系统
• 4.1.2 试验材料
• 4.1.3 工艺参数
• 4.2 二维成形规律试验
• 4.2.1 试验方案设计
• 4.2.2 试验结果分析
• 4.3 二维精确成形试验
• 4.3.1 试验方案设计
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢