单点渐进成形过程数值模拟与分析

论文摘要

单点渐进成形是一种金属三维曲面零件的柔性成形技术。它通过计算机控制单点成形工具头沿垂直方向的进给量及沿水平方向的运动轨迹,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。该技术适用于航天、汽车工业和一般的工业及民用产品中的多品种、小批量的板料零件加工,是板料成形领域的研究热点之一,有着十分广阔的发展前景,研究其成形机理及影响成形质量的因素对板料塑性成形工艺的发展有十分重要的意义。通过数值模拟手段,分别建立了无模及有模单点渐进成形的有限元模型,并对不同形状的工件,采用不同工艺参数的单点渐进成形过程进行模拟分析,可以为单点渐进成形工艺参数的确定和成形性的判断提供理论依据。比较了无模及有模单点渐进成形在成形精度和减薄区域的区别,验证了单点渐进成形过程的减薄规律,分析了单点渐进成形过程可能产生的缺陷及其抑制方法;研究了初始板厚、工具头半径、成形倾角和层间过渡方式等对单点渐进成形过程的影响规律,为单点渐进成形实验做了准备工作;分析了单点渐进成形与多点成形结合的可行性,分别对两种结合方式进行仿真分析,探讨了两种结合方式的优点及不足。模拟研究表明,单点渐进成形工艺能够成形出需要的三维曲面零件,是一项具有发展前景的柔性加工技术。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柔性成形技术发展现状
• 1.3 单点渐进成形国内外研究现状
• 1.3.1 无模单点渐进成形研究现状
• 1.3.2 有模单点渐进成形研究现状
• 1.3.3 单点渐进成形过程的数值模拟研究现状
• 1.4 ANSYS/LS-DYNA软件简介
• 1.5 选题意义及研究内容
• 第二章 单点渐进成形机理
• 2.1 引言
• 2.2 单点渐进成形机理
• 2.2.1 单点渐进成形变形过程分析
• 2.2.2 单点渐进成形过程应力状态分析
• 2.2.3 单点渐进成形过程应变状态分析
• 2.3 单点渐进成形工件壁厚及减薄率计算
• 2.3.1 壁厚的计算
• 2.3.2 减薄率的计算
• 2.4 单点渐进成形的特点
• 2.5 小结
• 第三章 单点渐进成形有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 力学模型的建立
• 3.2.1 无模单点渐进成形的力学模型
• 3.2.2 有模单点渐进成形的力学模型
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 ANSYS中建模的典型步骤
• 3.3.2 单元类型及材料模型的选定
• 3.3.3 实体模型及网格划分
• 3.3.4 约束与加载
• 3.3.5 接触与摩擦
• 3.4 成形轨迹设计
• 3.4.1 成形轨迹设计原则
• 3.4.2 无模单点渐进成形轨迹设计
• 3.4.3 有模单点渐进成形轨迹设计
• 3.5 小结
• 第四章 单点渐进成形数值模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 应力应变状态分析
• 4.2.1 应力状态
• 4.2.2 应变状态
• 4.3 成形模拟结果对比
• 4.3.1 成形精度对比分析
• 4.3.2 减薄区域对比分析
• 4.4 板厚及减薄率变化规律
• 4.5 球面件成形过程模拟
• 4.5.1 进给量的确定方法及影响
• 4.5.2 板厚变化
• 4.6 缺陷的产生原因及抑制
• 4.6.1 拉裂
• 4.6.2 起皱
• 4.6.3 压痕
• 4.7 实验验证
• 4.8 小结
• 第五章 单点渐进成形工艺的影响因素分析
• 5.1 引言
• 5.2 初始板厚的影响
• 5.3 工具头半径的影响
• 5.4 成形倾角的影响
• 5.4.1 对成形结果的影响
• 5.4.2 对减薄率的影响
• 5.5 层间过渡方式的影响
• 5.6 小结
• 第六章 单点成形与多点成形结合工艺成形分析
• 6.1 引言
• 6.2 混合成形
• 6.2.1 混合成形有限元模型
• 6.2.2 模拟结果分析与比较
• 6.3 分步成形
• 6.3.1 分步成形有限元模型
• 6.3.2 分步成形模拟结果分析
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• Abstract