金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究

学校代码：10289分类号：TG456密级：公开学号：092060075江苏科技大学硕士学位论文金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究2012年5月26日研究生姓名李颖超导师姓名李敬勇申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业材料加工工程论文提交日期2012年4月27日研究方向新型材料制备与成型论文答辩日期2012年5月26日答辩委员会主席吴铭方评阅人金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究李颖超江苏科技大学分类号：TG456密级：公开学号：092060075工学硕士学位论文金属板料单点渐进成形数值模拟与工艺研究学生姓名李颖超指导教师李敬勇教授江苏科技大学二O一二年五月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationandProcessResearchformetalsheetsinglepointincrementalformingSubmittedbyYingchaoLiSupervisedbyJingyongLiJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMay,2012江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要I摘要单点渐进成形技术可以明显的缩短新产品的生产周期，在对金属板料的加工过程中不需要一般材料成形所用的对合模具，对于加工小批量、多品种、形状复杂的薄板成形件有着一定的优势，该技术有着很大的发展潜力和广阔的发展前景。在航空航天产品制造上要求轻量化而且强度高，大都采用钛合金、铝合金等高强度、低密度的难成形的金属材料，因此将数控单点渐进成形工艺引入到钛合金的加工成形方面对于提高我国的航空航天制造水平有着非常重大的意义，本文利用ANSYS/LS-DYNA软件基于TA2板料建立有限元模型，对TA2工业纯钛进行单点渐进成形的进行数值模拟分析。本文运用金属塑性成形原理对单点渐进成形工艺过程中产生的应力应变状态进行了理论分析，分析了成形过程中控制原则，以及成形过程中的板料厚度、减薄率的理论公式的推导，从理论上对单点渐进成形工艺过程进行系统的分析。以方形斜壁件为例，对单点渐进的成形过程进行模拟分析，利用有模和无模单点渐进成形两种成形方式分别对方形斜壁件的成形过程进行模拟，对比两种成形方式的成形精度。为了更好的研究成形规律，对方形斜壁件和圆台斜壁件的数值模拟结果进行了对比，并利用数值模拟技术，通过分析支撑模的形状、成形工具头半径尺寸、板料厚度、工具头与板料的摩擦等单点渐进工艺参数对单点渐进成形过程和成形件质量的影响，得出成形规律，对试验工艺参数进行优化。支撑模的形状与所要获得的成形件的形状尺寸越接近，则最后的成形件的质量越符合实际要求。，随着成形工具头半径的增加，等效应力值随之减小，说明原始板料厚度并不是影响板料减薄率的主要因素，但是厚度太薄的话，板料会有被拉裂的风险。间隙应选择接近工具头半径的大小，但是不宜超过工具头的半径为佳。摩擦系数的增加等效应力值随之增加。关键词：板料成形；单点渐进成形；数值模拟；成形规律AbstractIIAbstractSinglepointincrementalformingtechnologycansignificantlyshortenthenewproductlifecycles.Inthesheetmetalformingdoesnotneedadie.Intheprocessingofsmallquantities,multi-species,complicatedsheetmetalpartshaveacertainadvantage.Thetechniquehasgreatdevelopmentpotentialandbroaddevelopmentprospect.Thehighstrengthandlowdensitymetalliketitaniumalloy,aluminumalloy,alwaysbeusedintheaerospaceproducts.ItisveryimportanttointroduceSinglepointincrementalformingintothetitaniumformingforimprovingthelevelofmanufacturinginChina'saerospace.Inthispaper,usingANSYS/LS-DYNAsoftwarebasedonTA2toestablishthefiniteelementmodelofsheetmetalontheTA2single-pointincrementalformingnumericalsimulationanalysis.Inthispaper,usingthetheoryofmetalplasticformingonsinglepointincrementalformingprocessofstressandstrainstateareanalyzed.Thispaperexploresthesingle-pointincrementalformingprocesscontrolprinciple,aswellasthesinglepointincrementalformingofsheetmetalthicknessandthereductionrateofthethicknessofthetheoreticalformulacalculationforforasinglepointincrementalformingprocessparametersprovidingtheorybasis.Tosquareacase,onsinglepointincrementalformingprocessissimulatedbyusingadie,andincrementalformingtwoformingmethodforsimulatingthemetalformingprocesstocomparetwokindsofformingwayofformingprecision.Twoformingnumericalsimulationresultswerecompared.Theinfluenceofdifferentparametersofsinglepointincrementalformingprocesstothequalityofformingpartsbychangingtheshapeofthesupportmoldtheradiusformingtoolheadsize,sheetthickness,thefrictionparametersbetweentoolheadandthesheetmetalisinvestigatedbyusingnumericalsimulation.Therulesisdiscoveredtooptimizetheformingparametersintest.Ifthesupportingmodeandtheshapeoftheformingshapesizeapproaches,finallyformingpartsqualitymoreaccordwithactualrequirement.Withtheincreaseoftheradiusoftheformingtoolhead,equivalentstressvaluesdecreased.Sheetthicknessisnotthemainfactorsofinfluencingsheetthinningrate,butthethicknesstoothin,sheetwillbecrackingrisk.Gapshouldchoosetoclosethetoolheadradius,butnotmorethanatoolheadradius.Thefrictioncoefficientincreaseswiththeincreaseoftheequivalentvalueofstress.Keywords:Sheetforming;Singlepointincrementalforming;Numericalsimulation;Theruleofdeformation.目录II目录摘要............................................................................................................................IAbstract.........................................................................................................................II第1章绪论.............................................................................................................11.1引言....................................................................................................................11.2柔性成形技术的发展现状................................................................................11.2.1旋压成形.....................................................................................................21.2.2喷丸成形.....................................................................................................21.2.3多点成形.....................................................................................................31.2.4电磁成形.....................................................................................................31.2.5激光应力成形..................................................................