金屬板料漸進(jìn)成形性能的研究.pdf

1、單點(diǎn)漸進(jìn)成形技術(shù)（SPIF，single point incremental forming）是一種新型鈑金加工技術(shù)，適用于小批量生產(chǎn)和樣件加工。
　　 本課題主要研究對(duì)象為金屬板料在漸進(jìn)成形中的成形性能，提出了一種測(cè)試板料最大成形極限角的新方法。新方法使用一個(gè)成形角沿深度方向變化的零件，在工具頭的作用下，板料以余弦規(guī)律變薄，即加工后的板料厚度等于其原始厚度乘以該處成形角的余弦值。試樣在減薄率達(dá)到極限值時(shí)破裂，破裂處的成形角為

2、0°到90°之間的某一數(shù)值，這一數(shù)值即可看作是試樣材料在單點(diǎn)漸進(jìn)成形工藝中的最大成形極限角。這種方法可以用單個(gè)試件計(jì)算出最大成形極限角。而傳統(tǒng)的測(cè)試方法要使用一系列成形角不同的零件來(lái)確定最大成形極限角。這種新測(cè)試方法的三個(gè)幾何參數(shù)（即試樣零件的口徑、零件幾何體母線的曲率半徑和最初成形角）及試樣形狀對(duì)成形性能的影響已通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法做了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在特殊的范圍內(nèi)，試樣的成形性能隨上述三個(gè)參數(shù)中前兩個(gè)參數(shù)的增大而提高，隨第三個(gè)參數(shù)的增

3、大而降低。在形狀方面，實(shí)驗(yàn)表明零件的拐角對(duì)成形性能是有影響的。以上發(fā)現(xiàn)有助于試件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。除最大成形角外，成形極限曲線也可以用來(lái)描述單點(diǎn)漸進(jìn)成形的成形性能。本論文中提出了幾種測(cè)試FLC的新方法，與原有方法的結(jié)果做了比較，并指明了原有測(cè)試方法的不足，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新方法測(cè)出的成形性能要好于原有方法，所以新方法測(cè)得的FLC更加精確。
　　 在完善了新的測(cè)試方法后，研究了工具頭半徑、加工步長(zhǎng)、成形速度和板厚等工藝參數(shù)對(duì)成形性能的影響。參

4、數(shù)的變化范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于先前的研究。以前的研究中，沒有考慮到兩個(gè)參數(shù)的交互作用對(duì)成形性能的影響，本課題第一次使用響應(yīng)面法對(duì)交互作用的影響做了研究。在研究純鈦板的成形性能時(shí)，提出了一種新的潤(rùn)滑工藝，在鈦板表面覆蓋一層孔徑特定的多孔氧化膜以容納固體潤(rùn)滑劑，避免工具頭與鈦板的黏著。 研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)參數(shù)的交互作用對(duì)成形性能是有影響的，其中工具頭半徑和加工步長(zhǎng)的交互作用、工具頭半徑和板厚的交互作用對(duì)成形性能的影響是非常明顯的。為了獲得材料的最大成形

5、性能，必須從交互作用的層次去選擇參數(shù)，例如板厚的增加并非總能提高成形性能，還應(yīng)當(dāng)考慮到工具頭半徑的影響。有限元分析表明，使用小工具頭時(shí)，接觸力和接觸應(yīng)力隨板厚的增加而增加，造成了成形性能的降低。成形速度對(duì)成形性能的影響是因材料而異的，對(duì)于鋼板和鈦板，成形速度在不同的范圍內(nèi)，對(duì)成形性能有積極或消極的作用，但對(duì)于鋁板，成形性能沒有受到成形速度較為明顯的影響。一系列經(jīng)驗(yàn)公式的提出，有助于預(yù)測(cè)沖壓和漸進(jìn)成形的成形性能。
　　 為了確定對(duì)

6、成形性能影響最大的材料性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)對(duì)大量的材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同之前的觀點(diǎn)不同，材料的單拉斷面收縮率是與成形性能最相關(guān)的參數(shù)，并且可以用來(lái)評(píng)定材料的成形性能。此外，本課題中對(duì)比了漸進(jìn)成形與沖壓工藝在成形性能上的區(qū)別，漸進(jìn)成形提高了材料的成形性能，提高的比率隨破裂處厚向真應(yīng)變的增加而增加。
　　 最后闡述了成形缺陷可能會(huì)造成的影響，首次研究了成形缺陷與成形性能的關(guān)系。定義了擠出飛邊、 向內(nèi)褶皺和底部凸包三種缺陷，發(fā)現(xiàn)三種缺

7、陷的出現(xiàn)均會(huì)對(duì)成形性能造成影響。對(duì)工具頭半徑、板厚、加工步長(zhǎng)、成形角、屈服應(yīng)力和加工硬化指數(shù)等參數(shù)對(duì)成形缺陷的影響程度做了計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)擠出飛邊和向內(nèi)褶皺在使用小工具頭加工厚板的時(shí)候容易出現(xiàn)，其程度隨成形角、加工步長(zhǎng)和屈服應(yīng)力的增長(zhǎng)而增大。有限元分析結(jié)果表明，擠出飛邊現(xiàn)象的加劇是由于工具頭軸向上的接觸力和壓應(yīng)力增加造成的。加工硬化指數(shù)是產(chǎn)生底部凸包現(xiàn)象相關(guān)性最大的因素，上凸的高度隨加工硬化指數(shù)、板厚和加工步長(zhǎng)的增加而增加，隨成形角的增加