金屬板料漸進成形性能的研究.pdf

1、單點漸進成形技術（SPIF，single point incremental forming）是一種新型鈑金加工技術，適用于小批量生產和樣件加工。
　　 本課題主要研究對象為金屬板料在漸進成形中的成形性能，提出了一種測試板料最大成形極限角的新方法。新方法使用一個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。試樣在減薄率達到極限值時破裂，破裂處的成形角為

2、0°到90°之間的某一數值，這一數值即可看作是試樣材料在單點漸進成形工藝中的最大成形極限角。這種方法可以用單個試件計算出最大成形極限角。而傳統的測試方法要使用一系列成形角不同的零件來確定最大成形極限角。這種新測試方法的三個幾何參數（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）及試樣形狀對成形性能的影響已通過實驗的方法做了研究。實驗結果表明，在特殊的范圍內，試樣的成形性能隨上述三個參數中前兩個參數的增大而提高，隨第三個參數的增

3、大而降低。在形狀方面，實驗表明零件的拐角對成形性能是有影響的。以上發(fā)現有助于試件的標準化設計。除最大成形角外，成形極限曲線也可以用來描述單點漸進成形的成形性能。本論文中提出了幾種測試FLC的新方法，與原有方法的結果做了比較，并指明了原有測試方法的不足，實驗發(fā)現新方法測出的成形性能要好于原有方法，所以新方法測得的FLC更加精確。
　　 在完善了新的測試方法后，研究了工具頭半徑、加工步長、成形速度和板厚等工藝參數對成形性能的影響。參

4、數的變化范圍要遠遠大于先前的研究。以前的研究中，沒有考慮到兩個參數的交互作用對成形性能的影響，本課題第一次使用響應面法對交互作用的影響做了研究。在研究純鈦板的成形性能時，提出了一種新的潤滑工藝，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滑劑，避免工具頭與鈦板的黏著。 研究發(fā)現，兩個參數的交互作用對成形性能是有影響的，其中工具頭半徑和加工步長的交互作用、工具頭半徑和板厚的交互作用對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，例如板厚的增加并非總能提高成形性能，還應當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，接觸力和接觸應力隨板厚的增加而增加，造成了成形性能的降低。成形速度對成形性能的影響是因材料而異的，對于鋼板和鈦板，成形速度在不同的范圍內，對成形性能有積極或消極的作用，但對于鋁板，成形性能沒有受到成形速度較為明顯的影響。一系列經驗公式的提出，有助于預測沖壓和漸進成形的成形性能。
　　 為了確定對

6、成形性能影響最大的材料性能參數，實驗對大量的材料進行了實驗。實驗發(fā)現，同之前的觀點不同，材料的單拉斷面收縮率是與成形性能最相關的參數，并且可以用來評定材料的成形性能。此外，本課題中對比了漸進成形與沖壓工藝在成形性能上的區(qū)別，漸進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變的增加而增加。
　　 最后闡述了成形缺陷可能會造成的影響，首次研究了成形缺陷與成形性能的關系。定義了擠出飛邊、 向內褶皺和底部凸包三種缺陷，發(fā)現三種缺

7、陷的出現均會對成形性能造成影響。對工具頭半徑、板厚、加工步長、成形角、屈服應力和加工硬化指數等參數對成形缺陷的影響程度做了計算。結果發(fā)現擠出飛邊和向內褶皺在使用小工具頭加工厚板的時候容易出現，其程度隨成形角、加工步長和屈服應力的增長而增大。有限元分析結果表明，擠出飛邊現象的加劇是由于工具頭軸向上的接觸力和壓應力增加造成的。加工硬化指數是產生底部凸包現象相關性最大的因素，上凸的高度隨加工硬化指數、板厚和加工步長的增加而增加，隨成形角的增加