杆系柔性成形模具及板料冲压成形关键技术

论文摘要

板料冲压成形技术是一种重要的制造技术,在汽车、船舶、航空、日用品和国防等工业中都有广泛的应用。但在板料冲压成形加工中也存在一些问题,其中有:1、模具制造成本高,模具通用性差;2、板料在冲压过程中的起皱现象。随着机电产品向多样化、个性化方向发展,板件加工批量越来越小,板件加工必然向柔性化加工方向发展,这就需要研究板料冲压成形模具的可重构技术,以控制板件的加工成本与时间。本文首先分析和总结了国内外各种可重构模具的优缺点,从理论分析、试验、有限元模拟三个方面介绍了板料起皱的研究现状。探讨在板料冲压成形技术中存在的问题。阐述了曲面板件冲压成形机理,分析了球面板件在冲压成形过程中的受力状况;随后结合板条的受压失稳原理,研究板料起皱机理,得出板料起皱的临界条件。本文的重点是探讨减少板料起皱的基本方法与思路,提出从板料成形工艺与模具结构入手,抑制板料起皱的方法。通过对板料起皱机理的分析,提出了一种可重构的板件成形加工模具——杆系柔性成形模具。该模具以柔性杆为单元,若干个柔性杆组合成一个阵列,通过调节各杆的长度以及更换不同形式的冲压头,使各冲压头表面根据加工件的表面形状近似地组合成相应的曲面,从而组成一定尺寸的模具冲压面,最终构成冲压成形模具。同时提出了一种冲压加工工艺——多点压板成形冲压工艺,并且通过理论分析与演算证实该工艺与杆系柔性成形模具相结合可以显著地减少板件在成形过程中的起皱现象。课题在研究过程中使用可重构的杆系柔性成形模具对典型曲面板件(球面板件)、不对称曲面板件(半球面板件)以及空间复杂曲面板件(马鞍形板件)进行了冲压试验研究。目的是为了验证该模具的可重构性;该模具的板料冲压加工特性以及对成形过程中出现的起皱等缺陷的抑制效果。本课题研究的杆系柔性成形模具将板料成形、压边、顶料融合一体,具有可重构、低成本、高效率、成形精度高等特点。将多点压板成形冲压工艺与该模具相结合,可以减少板料的起皱现象。相信随着研究工作的不断深入,模具结构将不断完善。该模具对中小批量的曲面板件冲压加工具有明显的优势,其应用前景十分广阔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可重构的冲压模具技术
• 1.2.1 无模多点成形技术
• 1.2.2 用于飞机蒙皮拉形的多点模具
• 1.2.3 橡胶垫成形
• 1.2.4 多点“三明治”成形技术
• 1.2.5 液压柔性模成形
• 1.3 板料起皱研究现状
• 1.3.1 基于理论分析的研究
• 1.3.2 基于试验的研究
• 1.3.3 基于有限元模拟的研究
• 1.4 在板料冲压成形技术中存在的问题以及发展趋势
• 1.5 本课题研究的主要内容及其意义
• 1.5.1 本课题的来源与意义
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 冲压成形板料的起皱机理
• 2.1 板料的成形机理
• 2.1.1 曲面板件冲压成形机理
• 2.1.2 球面形状板件成形机理
• 2.2 冲压成形板料的成形缺陷
• 2.2.1 起皱
• 2.2.2 破裂
• 2.2.3 回弹
• 2.3 起皱机理
• 2.4 减少板料起皱的基本方法与思路
• 2.5 本章小结
• 第三章 可重构的杆系柔性成形模具及多点压板成形技术
• 3.1 杆系柔性成形模具
• 3.1.1 杆系柔性成形模具的结构
• 3.1.2 柔性杆的受力分析
• 3.2 杆系柔性成形模具的重构技术
• 3.2.1 模具的重构方法
• 3.2.2 冲压头的制备
• 3.3 多点压板成形冲压工艺
• 3.3.1 多点压板成形冲压工艺的基本原理
• 3.3.2 多点压板成形冲压工艺减少板料起皱的机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 板料冲压成形试验
• 4.1 球面板件的冲压成形
• 4.1.1 板成形性分析与数值模拟
• 4.1.2 试验方案
• 4.1.3 试验过程
• 4.1.4 试验结果分析
• 4.2 半球面板件的冲压成形
• 4.2.1 板成形性分析与数值模拟
• 4.2.2 实验方案
• 4.2.3 实验过程
• 4.2.4 实验结果分析
• 4.3 马鞍形曲面板件的冲压成形
• 4.3.1 板成形性分析与数值模拟
• 4.3.2 试验方案
• 4.3.3 试验过程
• 4.3.4 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究工作总结与主要创新点
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录