金属板材分层渐进成形机理的研究
单点渐进成形原理
单点渐进成形原理IDMEC，研究所高级Tecnico，TULisbon，葡萄牙机械工程学系，丹麦技术大学，丹麦摘要：本文介绍了完整的单点渐进成形的基本原理理论分析模型，解释了过去几年里文献中实验和数值结果的可信性。
该模型是基于平面内双向接触摩擦的膜分析，以单点渐进成形过程中发现的极端的变形方式重点。
本文全部的研究都来自作者的实验，数据来自检索到文献。
关键词：金属薄板成形性能单点渐进成形1.简介单点渐进成形（SPIF）是一种具有高潜力应用的快速原型制造和少量生产经济收益的新型板材成形工艺。
图1介绍了该进程的基本组成部分：（i）金属板坯料，（ii）压板（iii）垫板及（iv）单点旋转成形工具。
该压板是单点渐进成形工艺中用来夹紧和夹住工作板的。
该垫板支持支撑板料其开口确定了单点渐进成形工具的工作区域。
该工具是用来逐步将板料成形为一个工件，其路径是由数控加工中心产生。
在成形工艺中有没有备份模具支撑板料的背面。
大多数关于SPIF的研究结果与工艺的应用和成形极限有关。
到目前为止，研究得出结论认为该工艺的成形性可由四个主要参数来决定[1]：（i）板材厚度，（ii）轴向进给量，（iii）速度（包括转速和进给速度）及（iv）成形工具半径。
第一个参数的影响通常解释为正弦定律。
关于第二个参数，一般认为成形性随着轴向进给量的增大而减小，但是由Ham和Jeswiet （文献[2]）提供的新的结果似乎表明，轴向进给量本身对成形性影响不大。
众所周知，成形工具的速度影响成形性，因为其直接影响成形工具与板料间的摩擦条件。
较小成形工具的半径可以具有更好的成形性，这是由于成形工具下方的板料变形区域存在应变集中。
较大的刀具半径往往使应变分布在一个更为广泛的区域，使这一工艺类似于传统的冲压工艺。
虽然Jeswiet（文献[1]），Fratini（文献[3]）和Allwood（文献[4]）等人不仅对SPIF作出了重大贡献，而且在其他方面（如工业应用的发展和更好地表征进程中的成形极限）也有很多贡献，但是变形的机制仍然鲜为人知。
金属板材的数控单点渐进成形技术
金属板材的数控单点渐进成形技术
华中理工大学 莫健华
本次深圳培训班讲课的亮点在于金属板材的数控单点渐进成形技术。
该技术获得国家自然科学基金资助、科技部科技型中小企业创新基金的资助，并获得中国发明专利。
该技术是一种无模具成形方法。
其基本原理是引入快速成形制造技术“分层制造（Layered
Manufacturing ）”的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向分层，形成一系列断面二维数据，并根据这些断面轮廓数据，从顶层开始逐层对板材进行局部的塑性加工。
加工过程是：在计算机控制下，安装在三轴联动的数控成形机床上的成形压头，先走到模型的顶部设定位置，即加工轨迹的起点，对板材压下设定的压下量，然后按照第一层断面轮廓，以走等高线的方式，对板材施行渐进塑性加工。
在模型顶部板材加工面形成第一层轮廓曲面后，成形压头再压下一个设定高度，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓曲面。
如此重复直到整个工件成形完毕（图1）。
这种成形技术很适合汽车新车型开发时，用于快速制造概念车的覆盖件。
也适合航空业中飞行器的开发和制造；其他壳形件的快速制造。
图2、3、4是用该技术加工的工件。
成形压头 加工轨迹 成形部分 板料
图1 汽车覆盖件的渐进成形模拟图
图2 汽车门外覆盖件 图3 工艺品 图4 汽车翼子板覆盖件。
金属板料三点渐进无模成形实验装置研究
关
键
词 ： 属板料成形 ； 验装置 ； 形工件 ； 金 实 盘 无模 成 形
中图分类号 ：Ｇ ８ Ｔ ３６
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ：０ ５２９ （０ ２ ０ －０ ３０ １０ —８ ５ ２ １ ）５０ １ －３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｕｉ ｍ ｅ ｔｆ ｒ Ｔｈｒ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｅｘ ｒｍ ｎｔ ｌＥｑ ｐ ｎ ｏ ｅ
ｗａ ｑａ ｇ ｎ ＠ １ ６． ｏ ｎｇ ｉｏ ａ ｇ ２ ｃ ｎ
轻工机械
Ｌｇｔｎ ｕｔ ｉｈ Ｉｄ ｓｙＭａｈｎｒ ｒ ｃｉｅ ｙ
２ １ 年第 ５ ０２ 期
三点 渐进 无模 成形 ， 验证 其可 行性 。 并
１ 三 点渐进 无模成 形原 理
控 制 电机⑥
பைடு நூலகம்
三点 渐进 无 模 成形 方 法 是 基 于 单 点 渐 进
０ 引 言
对 渐进 成形技 术研 究 主要 有 单 点 渐进 无 模 成 形 、 三点 渐 进无模 成形 。单 点 渐进 无 模 成 形 在仿 真 实 验 研
究 方面 都 已经 有很 大 的 突 破 ， 而对 三 点 渐 进 成形 的 研 究 基本 上还 处于起 步 阶段 Ｊ 通 过初 步 研 究发 现 三 点 ，
置， 包括 机 械 结构 设 计 、 动及 动 力 传 递控 制 设 计 等 。 利 用 该 装 置试 制 了盘 形 工件 ， 与 理 论 成 形 进 行 比较 分 析 ， 究 结 运 并 研 果 表 明 ： 实验 装 置 可 以 实现 三 点 渐 进 无 模 成 形 ， 而 验证 了该 实验 装 置 的 可 行 性 ， 以后 的 实验 研 究提 供 一 个 良好 的 该 从 为
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析通过CAD模型，能够直接驱动金属板材数控渐进成型技术，来设计完成柔性快速一体化的制造与加工。
这种技术在提升加工效率上必然会发挥巨大的作用，对此，文章对相关方面的内容进行了论述。
标签：金属板材；数控渐成形；加工轨迹；交互修改优化1 加工原理分析沿着z轴方向将复杂的三维形状离散化处理，就是将多个二维断面层分解出来，在二维断面层上，塑性加工其局部。
图1为基本的加工原理图。
在一个支撑模型9上放置被加工板材3，在板材周围通过压板4在托板5上将材料夹紧，可以顺着导柱6自由上下滑动托板。
在三轴联动的数控无模成形机上固定该装置，加工的过程中，首先在指定的位置控制成形工具头，将压下量设定在板材下，之后在控制系统的作用下，在第一层截面轮廊规定下，通过等高线的形式，渐进塑性加工板材。
在第一层截面轮廊形成之后，将高度在成形工具头压下设定出来，再依据下一层截面轮廊的规定去运动，从而将这一层的轮廊构造出来。
多次这样操作，直到加工完成整个工件为止。
加工轨迹与工艺规划是这些塑性加工成型的重点。
工件的成型精度不仅会直接受到它的影响，同时，不恰当的轨迹与工艺会直接造成加工受阻。
2 具体的修改和优化对策分析2.1 优化改造CAM/CAD软件生成加工轨迹通过图2中所示的工艺路线，对板材数控渐进成型过程进行改进与优化，首先，在工艺要求的基础上，将零件的CAD模型在通用的CAM/CAD软件中构建起来，再从CAD模型着手，将工艺模型制作出来，并且在此基础上构成加工轨迹和支撑模型，之后加工模板，使其成为需要的模型。
然而，在成形的时候，垂直部分的板材变形或者工件的尖角处，因为超过了相应的塑性变形极限，这样塌陷和破裂问题极易发生。
所以，需要根据实际情况认真的修改这些部位的加工轨迹。
但是，在加工修改这些加工轨迹的时候，一定要转换到过去的三维模型中。
再将加工轨迹重新生成出来，比如图2中的第一种方法。
一般的时候，是通过多个细小的面片缝合而得到CAD模型中的复杂曲面，因此，在进行修改的时候就会面临很多的困难。
金属板材智能渐进成形关键技术及其应用
金属板材智能渐进成形关键技术及其应用
本项目为了克服难成形金属板材（如，AZ系列镁合金、TC系列钛合金等）室温成形性能较差、成形效率较低、成形质量较差等问题，提出了一种油浴辅助加热渐进成形新技术，将难成形金属板材的优异机械性能和渐进成形技术的先进性有机结合在一起，并对油浴辅助加热渐进成形新技术的微观成形机制、成形零件缺陷形态及其形成原因和解决措施、渐进成形工艺及渐进成形设备改进等多个方面进行了理论分析和实验研究。
该项目采用机器视觉技术和模糊识别处理技术实时监测并记录渐进成形过程中已经成形表面的变形情况，识别金属板材数控渐进成形零件的表面质量、尺寸误差、壁厚误差、破裂和回弹等缺陷状况，建立缺陷形态预估模型，提高成形零件质量。
该项目采用人工智能技术建立工艺参数修正及优化模型，动态在线规划工艺参数及刀具路径，优化工艺过程，缩短成形时间，提高成形效率。
该项目很好的解决了航空航天、交通运输及医疗器件等产业中单件、小批量个性化定制及产品开发试制中的高费用问题，并增加高端制造装备的科技附加值。
推广应用该项技术，能够在不增加设备投入的情况下，极大地提高难成形金属板材的成形性能、成形质量和成形效率，对促进渐进成形技术的进步和成形零部件生产制造都具有十分重大的现实意义。
金属板料数控渐进成形技术研究
引言 自社会进入工业化时代以来，传统的小规模生产技术已无 法满足现今社会大批量生产的要求。面对现今竞争激烈的工业 化社会，各行业为达到大批量高速率的生产要求，不得不从其 生产技术上加以改进。是以，金属板料数控渐进成形技术正是 在这样时间紧凑的时代中被诞生，且随着这几年的发展，这项 技术已被广泛应用于各行业产品生产工作中，并为各个领域提 供了极快的生产速率。 一、金属板料数控渐进成形技术的定义 由实际应用效果可见，金属板料数控渐进成形技术是一项 无模成形的新型生产技术。这项技术主要利用的是将零件的信 息转换生成代码后，再以生产核心机器发布指令给下层机器的 方式进行产品生产的，其整个生产过程无需用到产品生产的模 型用具，从很大程度上提高了工业生产的效率，全面符合大规 模生产的标准。且这项技术通过计算机技术控制成形工具头对 生产材料进行加工，其还有一大好处，便是利用这种技术生产 产品时，不会限制产品的结构与外形，是一种将生产技术与产 品设计融为一体的快速生产方式。 二、金属板料数控渐进成形技术的生产方式 从其系统结构分析，可以发现数控渐进成形系统主要由工 具头、向导装置、托板、夹具与主体这几个部分构成，且其生 产的方式包括正负两种形式。在利用数控渐进成形设备生产产 品时，可以根据产品的难易度对其进行划分，并选择不同的形 式生产该产品。针对所生产的产品结构较为简单时，则采取负 成形加工的方式生产产品，这种形式是利用生产工具头从板料 内层向外层进行形状塑造的，其首先将材料的外边线利用压脚 压住，再由生产工具头从其边线往里作业，最终塑造出所生产 的产品外形。而面对产品结构较为复杂时，该系统则采取正成 形加工的方式，这种方式塑造产品外形时的工作步骤与负成形 的方式有所不同，其是利用夹具将材料固定，再由工具头延上 下的方向进行成形工作的。如此一来，则可以打破以往外形过 难无法塑造的技术限制，并节省了产品磨具打造的时间，提高 了产品加工厂的生产效率，从而促进了我国工业生产经济利益 的提升。 三、金属板料数控渐进成形技术的优势 根据实际应用效果分析可以见得，这项技术与以往的生产 技术相比，其拥有以下几点优势：(1) 数控渐进成形技术具有自 动化生产的能力，与以往生产技术相比，该技术突破了以往需 要人力操作机器的生产方式，其利用计算机技术将产品外形设
渐进成形技术
正成形
正成形示意图
产品
本田S800跑车引擎盖 金属面具
特点、优势
1、实现柔性制造。不需要专用模具，与传统成形 方法相比，可节省巨额的模具制造费用，对航空航天 领域等多种小批量产品，家用电器等新产品的开发及 汽车新型车试制等具有较大的经济价值和发展前景。 2、重复性好。由数控机床控制成形压头的运动， 可以保证成形零件的重复性好，可控制金属流动。 3、具备快速成形技术和塑性加工技术的优点。 可以极大降低产品的制造成本并缩短开发级制造周期 。 4、实现数字化分层局部制造。可以把形状复杂 的零件分成一系列的二维层进行加工，便于成形且修 改方便。
特点、优势
研究现状
问题： 1、破裂(成形角大到一定角度就会发生）； 2、零件精度及回弹。 考虑： 1、从影响成形极限角的因素（板料厚度、 压头直径、模型形状）考虑改进； 2、通过优化压头路径可以提高表面光洁度 ，减小回弹，提高零件精度。
发展前景
目前渐进成形技术在工业领域还没有得到 大规模应用，技术手段和工艺方面还有待继续 深入研究。国内外学者在应用方面也做了很多 的探索。 该方法实现了复杂形状的成形，并且经济 快捷，对于传统的冲压等板材成形方法也是很 大的补充。
负成形
负成形示意图
负成形机床
正成形
2、 正成形方法中，需要支撑模型，支撑 模型的轮廓形状要与所成形的零件的形状一致 ，在加工中起到支撑的作用，这种支撑模型与 冲压成形中的模具有很大差别，它的精度要求 不是很高，并且材料的选择上比较灵活。在这 种成形方法中，首先要加工支撑模型，支撑模 型加工完毕后再放上板料，与负成形所不同的 是正成形中成形压头每走完一层的路径，托板 都要带动板料与成形压头共同向下移动相同距 离。数控成形装置主要由成形压头、导向装置 （导柱、导套）、顶支撑模型、托板、夹具组 成。
金属板料数字化渐进成形工艺研究
金属板料数字化渐进成形工艺研究摘要：本文围绕板材数控单点渐进成形技术的工艺规划的一般原则的建立和加工轨迹优化方法。
主要内容包括基于理论分析和实践经验的一般性工艺规划和针对解决实际问题的加工轨迹优化处理。
关键词：数字化成形快速成形加工轨迹1 引言金属板材数控单点渐进成形技术是一种数字化的柔性加工技术，与传统的塑性成形技术相比，具有不需要设计、制造模具，小批量多品种加工板材零件的优点。
其柔性的特点决定了该项技术尤其适合于新产品开发阶段的板料零件成形，如日用品、汽车覆盖件、航天航空产品的研制阶段的工作，利用该技术可以大大缩短产品开发周期，降低开发成本和新产品开发的风险。
本文根据在加工过程中的一些实例，在UG软件进行使用方法的介绍，供同行们参考。
2 金属板料塑性成形技术的概述2.1 传统板料塑性成形技术金属板料通过塑性成形方法可以加工成各种零件，它们被应用于国民经济和日常生活的各个领域中。
例如汽车行业、航天航空、电机电器、食品包装、建筑等工业用品、家庭用品及家居装饰品、工艺美术品、医疗器械、家用电器等日常用品都大量使用金属板料塑性成形件。
传统的板料塑性成形技术的加工过程通常包括两个阶段。
第一阶段是模具的设计与制造阶段；第二阶段是采用模具的生产阶段。
这种加工方式的优点是，一旦模具设计制造成功后，可以大批量的生产需要的零件。
但是，因为在模具的设计制造过程中，需要反复的对模具进行修改，这样就表现出模具的设计、制造费用高、周期长，使板材零件的应用范围受到限制。
2.2 板料塑性无模成形技术二十一世纪是以知识经济和信息社会为特征的新时代，制造业正面临着空前严峻的挑战。
如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，以满足信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品的要求，是企业生存和发展的关键。
传统的板料塑性成形技术已经不能够满足这种要求，市场经济要求提高成形的柔性。
提高塑性加工柔性的方法有两种途径”，一是从机器的运动功能上着手，例如多向多动压力机，快速换模系统及数控系统。
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化
厚 变 薄有一 最佳 值 。 （ 本 文 公 式 由 圆管无 芯绕 弯 （ 管 模 旋 转 ） ５） 弯 式 方 法 得 出 ， 否 适 用 于 圆 管 的其 他 弯 曲 方 法 ， 待 于 是 有
验 证 。
维普资讯
（） 向 尖 角破 裂 ａ横
维普资讯
文 章 编 号 ：６ ２ ０ ２ （ ０ ６） ３ ０ ８ — ４ １ ７ — １ １２ ０ ０ — ０ ８ ０
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化
方景 春 ，莫健 华 ，赵 忠 。 黄 树 槐
（ 中科技 大 学 塑 性成形 模拟 及模 具技 术 国家 重 点实验 室 ， 北 华 湖
薄 的 影 响 ， 于 表 示 弯 曲 变 形 量 的 。 当 ｔ －．８ ～ 小 ￣００ ３ －
００ ２时 ， 算 所 得 精 度 最 高 ， 圆 管 壁 ｘｔ 止 管 壁 ．９ 计 即 －防 ，
பைடு நூலகம்
【 考文献 】 参
【】 唐荣锡． ｌ 飞机钣金工艺． 北京 ： 国防工业出版社， ８ ． １ ３ ９ 【】 吴诗淳． ２ 冲压工艺学． 西安 ： 西北工业大学出版社 ，９７ １８． 【】 李林业． ３ 弯管管壁减薄量的计算． 锻压机械 ，９ １２ （ ： ． １９ ， ６） ２ ６ １ 【】 王洪斌． ４ 钢管无 芯弯 曲及其 变形 的计算． 锻压技 术 ，９４， （ ） １８ ９ １ ：
① 成形压头 ② 已成形 部分 ③ 板材
④压板
⑥ 滑动导柱 ⑦ 支柱 ⑧ 工作 台 ⑨支撑模 型 当 的工艺 和轨 迹会 直 接导致 加 工失 败 。这里 主要 研
施 行 拖 动 修 改 ，从 而 绕过 返 回 Ｃ ＡＤ 模 型 修 改 的 步
金属板材单点渐进成形技术的研究进展
万方数据２００９年第４３卷№５器手越来越多的被应用到数控渐进成形技术中，更好地实现了制造的柔性化与自动化【５】（如图２所示）。
图２工业机器手在数控渐进成形中的应用２．１金属板材单点渐进成形工艺及精度的研究成形工件尺寸精度不高是金属板材单点渐进成形技术难以得到广泛应用的主要原因【６，７｜，也是目前该技术国内外研究的热点，现行的大部分的成形工艺研究也正是围绕如何提高成形精度而展开。
由于成形力越小越有利于提高工件的成形精度，而成形力又随着步长、成形角、工具头半径和板材厚度的减少而减小，因此可以通过控制工艺参数达到提高成形精度的目的。
为得到确切的工艺参数与工件成形精度的关系，意大利的Ａｍｂｒｏｇｉｏ【８Ｊ通过调整工艺参数对工件进行多次试验成形，然后利用统计分析方法对试验数据进行分析总结，从而得到了工艺参数与工件尺寸精度的关系表达式。
但该方法适用范围有限，一般只适合于简单的零件，对于复杂零件很难找到工艺参数与工件尺寸精度的确切关系表达式。
另外，工艺参数中板材厚度的选定并不能只根据成形力的需要而随意更改，而其它工艺参数对成形力的影响并不显著，而且还会降低成形效率【７．９１。
工具头与板材接触区域附近不必要的塑性变形和回弹是成形件几何尺寸精度不高的主要原因№Ｊ。
为了获得良好的成形精度，一般希望在成形区（即板材与工具头接触的区域）内的金属板材具有较低的屈服强度和较好的延伸性，这样有益于板材在较小的成形力下加工成形，并且还能防止板材卸载后的回弹；但与此同时又希望在成形区域外的金属板材具有较高的屈服强度，这样有助于避免成形区外板材产生不必要的塑性变形，从而达到板材的准确成形。
对金属板材的上述两个要求看起来有些冲突，因为同一金属板材很难同时具备相互矛盾冲突的两９种属性。
通过改变装置可以达到提高成形区外材料刚度、并由此提高成形精度的目的，但该方法会降低工艺的柔性［１０］。
比利时的Ｄｕｆｌｏｕ［６，７］利用激光对板材成形区域进行局部动态加热，从时间和空间上改变材料性质，达到了减小成形区材料屈服强度的目的。
金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟
金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟作者：华中科技大学李迎浩莫键华摘要：本文介绍了金属板料分层渐进成形过程有限元模拟。
在金属板料渐进成形过程中，材料的弹塑性变形十分复杂，影响成形过程的因素很多，同时各个工艺参数对成形过程的影响又很难确定。
为此根据金属板料分层渐进成形为多工步成形的技术特点，建立一种有限元模拟方案，对板料渐进成形过程进行模拟分析。
关键词：分层成形；渐进成形；有限元模拟1．前言板料零件数控渐进成形工艺是一种通过数字控制设备，采用预先编制好的控制程序逐点成形板料零件的柔性加工工艺。
该工艺不需要专用模具，成形极限较大，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的自由曲面，适合于航天、汽车工业等的小批量、多品种、形状复杂的板料零件加工，有着十分诱人的发展前景。
但是迄今为止，国际上对数控渐进成形工艺的研究也只处于探索阶段，理论方面的分析较少且不成熟，对于该工艺的成形和控制方面还有待于发展完善。
随着有限元分析技术的飞速发展以及计算机性能的不断提高，一个融入了计算机图形学、数值方法、塑性成形理论与工艺等各类技术的模拟软件系统已逐渐成为板料数控渐进成形研究及成形优化的强有力的工具。
本文就引入有限元模拟技术对板料零件数控渐进成形工艺的成形过程进行模拟方面的探讨。
2．金属板料数控渐进成形原理板料零件数控渐进成形的加工过程如图1所示。
数控成形系统主要由工具头（成形工具）、导向装置、芯模和机床本体组成。
工具头在数控系统的控制下进行运动，芯模起支撑板料的作用，对于形状复杂的零件，该芯模可以制成简单的模具，有利于板料的成形。
成形时，首先将被加工的板料置于一个通用芯模上，在托板四周用压板夹紧板料，该托板可沿导柱上下滑动。
然后将该装置固定在三轴联动的数控成形机上，加工时，成形工具先走到指定位置，并对板料压下设定压下量，然后根据控制系统的指令，按照第一层轮廓的要求，以走等高线的方式，对板料进行单点渐进塑性加工，如图1b所示。
国外金属板材单点渐进成形技术研究的新进展
第 ２卷
第 ５ 期
肖冰 等 ： 外 金 属 板 材 单 点 渐 进 成 形 技 术 研 究 的新 进 展 国
究 ， 示 了多步 成形 的应 变分布 ， 步成形 的加 工结 揭 多
果 如 图 ３所 示 。
板材 渐进 成形 零件 ＣＣ Ｎ 控制
Ｚ Ｙ Ｌ
，
深 度 ／ｉ Ｆｍ ｌ
精
密
成
形
工
程
第 ２卷
第 ５期
Ｊ ＯｕＲＮＡＩ ＯＦ ＮＥＴＳ ＨＡＰＥ Ｆ０ＲＭ Ｉ ＮＧ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
２１ Ｏ ０年 ９月
国 外金 属 板 材 单 点 渐 进 成 形 技 术 研 究 的新 进 展
肖冰 ，曹 红锦 ，张 志 明 ， 勤 李
（ 中国兵器工 业第 ５ 研 究所 ， ９ 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ９
关 键 词 ： 属 板 材 ；单 点 渐 进 成 形 ；柔 性 加 工 金 中 图 分 类 号 ： Ｇ３ ６ ４ Ｔ ８ ．１ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ —４ ７ ２ １ ） ５０ ３ —３ ６ ４６ ５ （ ０ ０ ０ —０ ８０
Ｎｅ Ｄｅ ｅ ｏ ｗ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｎｇ ｅ ｐｏ ｎ ｎ ｒ ｍ ｅ ｔ ｌ Ｍ ｅ ａ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｆ Ｆｏ ｅ ｇ ｉ ｌ ‘ ｉ ｔ Ｉ ｃ ｅ ｎ ａ ｔ ｌ Ｓ ｅ ｔＦｏ ｍ ｎｇ
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金属板材单点渐进成形数值模拟及机理探讨
学术研讨127在现阶段的板材加工技术中，无模成形技术得到了广泛重视，应用也越来越普遍，这种加工成形技术是对于传统模具成形技术的升级，渐进成形技术更加适用于小批量、多品种的工件加工，对于一些行业的多样化零件需要能够提供个性化的服务。
目前金属板材的单点渐进成形技术应用中还有一些不足和问题，针对实际加工中的工艺参数的选择，对于成形加工中的破製问题的避免，这些都需要解决，在相关的物理实验中，一般很难直接获取成形加工中相应的压应力、应变力等数据，多是通过间接测量来掌握一些局部数据的，无法为渐进加工过程提供精准的数据参考和变形机理，对此尝试通过使用有限元数值模拟来实现，能够有效解决这一问题，将其应用到渐进成形机理的研究中，能够对于板材成形工艺效果进行有效提升。
金属板材单点渐进成形数值模拟及机理探讨◊池州职业技术学院孙亮罗佳1金属板材单点渐进成形原理金属板材的渐迸换主要是通过将分层制造以及快速原型制造技术结合起来，通过在三维立体模型中按照一定的高度以及方向离散成多个断面层，形成不同等高线层面的具体加工轨迹，在相关的翊工具辅助下，按照等高线层面上加工轨迹运动，确保板材能够沿着腳工具轨迹进行逐渐变形，也就是通过工具头的运动的包络面来替换传统模具的型面，实现对于金属板材的逐次局部变形，最后将板材冲压程序要的工件形态的过程。
这板材加工技术通过对于代加工金属板材进行固定，利用夹具来固定代加工板材的位置，也可以葩使用馳圈将板材上下部位压紧，相应的压边圈也可以按照实际的成形需要来对于板材进行上下移动，再将设备和代加工部件固定在三轴数控机床中，在 成形加工的过程中，机床按照设定好的编程进行成形轨迹生成和加工，工具头沿着等高线的行加逸动，根据首层截面轮廓的成形轨迹来设置相关指令，针对飯板材《^塑性加抄作，强成首层截面加工后，将工具头沿着轴的方向进行下压，继续进行下一层的截面轮廓成形轨迹加工，重复上述的操作过程，最终完成曲加工任务。
镁合金板材热渐进成形的实验研究
镁合金板材热渐进成形的实验研究
镁合金材料的热渐进成形是由江苏省机床制造所和中国科学院上海机械工程研究所共同开展的一项实验性研究，旨在研究镁合金材料热渐进成形工艺参数和过程条件对成形性能的影响规律。
实验采用差示扫描量热仪、差示温度记录仪和差示温度控制系统等专业仪器对镁合金板材热渐进成形过程中形变、温度变化规律进行实时监测，测绘出热渐进成形过程的温度曲线和形变曲线，记录各种爬升工艺参数的具体值，并对各类成形参数和结果进行定量分析和多参量耦合效应研究。
结果表明，当成形温度从400℃升到480℃时，镁合金板材的抗拉强度值自400MPa上升到460MPa；当热渐进成形时间从20秒变为30秒时，镁合金板材的抗弯强度值从95MPa 上升到110MPa；当曲折比从4:1增加到10:1时，板材的抗弯强度值从100MPa上升到120MPa；当辊筒转速从4rpm变为10rpm时，镁合金板材的抗弯强度值从100MPa上升到120MPa。
综上所述，可以确定的是：热渐进成形通过可控的参数调节可以显著提高镁合金板材的抗强度和机械性能，以实现用于高性能加工时采用镁合金板材的更多应用。
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究一、板材渐进成形回弹技术概述板材渐进成形是一种通过搅拌滚柱不断加深对金属板材进行加工的方法，通过逐步进行成形，可以得到精度更高的金属构件。
然而在成形过程中，板材会受到应力的作用而发生一定的变形，其主要原因为材料的弹性变形，也称为回弹变形。
回弹变形会对成品的尺寸和形状产生影响，直接影响构件的精度和质量。
针对板材渐进成形回弹技术问题，传统的解决方法是通过试验来不断调整成形工艺参数，以减小回弹变形。
然而这种方法存在成本高、时间长、效果不稳定等问题。
相比之下，基于数值模拟的方法则能够快速、准确地进行模拟分析，并提供合理的成形参数，使得成形工艺得以优化。
1. 数值模拟方法数值模拟是利用计算机对工程问题进行虚拟实验和仿真的方法。
在板材渐进成形回弹技术研究中，可以采用有限元方法对板材进行数值模拟。
有限元方法将物体分割成有限数目的基本单元（如三角形、四边形等），通过求解基本单元的位移、应力等参数，再将其组合在一起，最终得到整体板材的变形情况。
2. 模拟参数的确定在进行数值模拟时，需要确定一系列成形工艺参数，如滚柱的深度、板材的性能参数等。
这些参数直接影响到模拟结果的准确性和可靠性。
需要通过试验数据和理论分析相结合的方式，来确定合理的成形工艺参数。
3. 模拟结果的分析数值模拟的最终目的是得到回弹变形的分布规律和变形量，从而找到减小回弹变形的有效方法。
模拟结果分析需要考虑不同参数对回弹变形的影响程度，找到影响较大的因素，并提出相应的优化措施。
1. 减少试验时间和成本传统的试验方法需要进行多次成形试验，并对不同参数进行调整，以找到合适的成形工艺参数。
这些试验需要花费大量的时间和成本。
而数值模拟方法可以通过计算机模拟，快速得到各种参数下的成形变形情况，减少了试验的时间和成本。
2. 提高成形精度数值模拟可以快速准确地得到板材的回弹变形情况，通过分析模拟结果，可以优化成形工艺参数，提高成形精度和产品质量。
金属板材三点渐进成形技术基础研究
(5)实验研究了工艺参数对三点渐进成形质量的影响,归纳了工艺参数选取的一般原则。基于离散定义域内线性插值,实现了等高线加工轨迹规划。
利用实验研究了进给量、工具头等对几何轮廓和表面质量的影响。基于目标曲面的数学描述,利用法向渐变屈服的变形映射关系,建立了板厚计算的全新表达形式。
通过锥台件在几何精度主应变、板厚及表面质量等方面的理论研究、数值分析和实验结果的比较,验证了本文所做的理论分析及方法的正确性。最后,探讨了椭球面件、凹凸特征件等复杂零件的成形实验和方法。
(4)研究并建立了基于LS-DYNA的三点渐进成形数值分析方法,并以此为基础探讨了其变形机理和特点。基于增量理论和塑性势关联算法,实现了锥台件成形的有限元模拟。
锥台件的仿真结果验证了所提等效加工层模型、法向屈服变形算法和平面应变等力学特征的正确性,证实了三点渐进成形精度高、局部变形范围小、变形控制有效。探讨了其变形主要模式是弯曲、挤压和剪切的联合作用,分析了其根本原因在于对顶式辅助工具头和支撑工具头的引入。
(2)研究并探讨了三点渐进成形等效加工层的塑性变形力学特征。利用薄膜分析理论和平面应变条件,建立了描述变形规律的力学方程,求解了等效虚拟应力应变,分析了其变形状态和变形方式,为理解其变形机理本质和指导路径规划、工艺参数设计提供了理论依据。
(3)研究了基于法向渐变屈服的三点渐进成形变形基本算法。通过分析初始板材到目标形状映射的变形轨迹,求解了变形过程中的分层塑性位移,计算了任一节点的变形过程及历史位移等信息,为预测几何形状和板材减薄提供了基础依据。
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究一、引言板材成形是现代制造业中常见的金属加工方式之一。
在板材成形过程中，由于材料性质的差异和成形过程中的应力变化，常常会产生回弹现象，影响成形件的精度和质量。
研究渐进成形回弹技术是非常重要的。
数值模拟技术是一种有效的手段，可以帮助工程师预测和分析成形过程中的各种物理现象，对于渐进成形回弹技术的研究也起着至关重要的作用。
本文将围绕基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用展开研究。
二、板材渐进成形回弹技术的基本原理1. 渐进成形渐进成形是一种经典的板材成形方法，它通过逐步改变板材形状，使得板材得到需要的几何形状。
在渐进成形过程中，板材会受到复杂的应力和应变作用，从而产生回弹现象。
2. 回弹机理回弹是板材成形过程中不可避免的现象，它主要是由于成形过程中材料的弹性变形和应力释放所引起的。
当板材在成形后释放外部应力时，材料会产生弹性恢复，使得成形后的形状发生变化，导致回弹。
渐进成形回弹技术旨在通过调整成形工艺参数和工序顺序，减少或控制板材成形后的回弹变形，从而获得满足要求的成品。
这种技术需要借助数值模拟来预测和分析成形过程中的各种物理现象，以便制定合理的成形工艺参数和工序。
1. 数值模拟方法数值模拟是一种通过计算机模拟真实物理现象的方法，可以用于预测和分析成形过程中的各种物理现象，包括应力分布、应变分布、热变形等。
常见的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法、边界元法等。
这些方法可以有效地模拟板材成形过程中的各种物理现象，为渐进成形回弹技术的研究提供必要的数据基础。
2. 渐进成形回弹数值模拟模型在板材渐进成形回弹技术的研究中，需要构建合适的数值模拟模型，用于预测和分析成形过程中的回弹变形。
这个模型需要考虑材料的本构关系、成形工艺参数、板材初形等因素，以准确地描述成形过程中的应力和应变分布，从而预测回弹变形。
3. 数值模拟与实验验证数值模拟技术的研究需要与实验验证相结合，以保证数值模拟的准确性和可靠性。
金属板材三点渐进式无模成形机理与仿真研究的开题报告
金属板材三点渐进式无模成形机理与仿真研究的开题报告1. 研究背景和意义随着工业化进程的不断发展，金属板材加工领域也在不断改进和创新。
传统的金属板材成形方式通常采用模具的方式进行，但模具成本高昂，加工周期长，不适用于小批量、多品种的生产需求。
与传统模具成形相比，无模成形具有成本低、适应性强、丰富度高等优点，也在金属板材成形领域备受瞩目。
渐进式无模成形技术是一种新型的金属板材成形方式，它不需要使用大型模具，通过一系列小的成形动作实现金属板材的成形。
在此基础上，三点式渐进式无模成形技术进一步将板材固定在三个点上，通过位移和加载的方式实现板材的成形。
这种成形方式不仅可以节约成形成本，而且具有灵活性高、成形品质好等优点，实现了高效率、高精度的金属板材成形。
因此，深入研究金属板材三点渐进式无模成形机理和仿真方法，可以为金属板材成形领域提供新的技术路线和发展思路。
2. 研究内容本课题拟开展以下研究内容：（1）分析三点渐进式无模成形的工艺过程和原理，阐述金属板材三点渐进式无模成形的机理和特点。
（2）建立三点渐进式无模成形数学模型，研究金属板材在渐进式无模成形过程中的力学行为和变形规律。
（3）基于数值仿真方法，探究不同加工工艺参数对渐进式无模成形过程的影响，优化参数组合，提高成形质量和效率。
（4）通过实验验证数值仿真结果的准确性，并对不同工艺参数进行实验比较，验证优化后的工艺参数的有效性。
3. 研究方法本课题主要应用力学、数学建模方法和数值仿真方法进行研究。
具体内容包括：（1）通过力学原理和板材变形规律分析，建立金属板材三点渐进式无模成形的数学模型。
（2）基于有限元分析（FEA）软件，采用PLS-Explicit程序对三点渐进式无模成形的过程进行数值模拟仿真，并分析其成形规律和变形情况。
（3）通过数值仿真结果优化工艺参数，通过实验验证优化参数的有效性。
4. 预期成果（1）建立金属板材三点渐进式无模成形的数学模型，深入分析板材的变形规律和机理。
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工具 先走 到 指定 位置 ，并对 板料 压下 设定 的压 下 量 ，
然后根 据控制 系统 的指令 ，按照 第一层 截 面轮廓 的要 求 ，以走等高线的方式 ，对板料施行渐进塑性加工 ，形 成所需 第 一层 截 面轮廓 后 ，成形 工具 压下 设定 高 度 ， 再 按第 二层 截 面轮 廓要求 运 动 ，并 形 成第 二层 轮廓 。 如此 重复 ，直 到整个工 件成形 完毕 。采 用这种 渐进 成 形 的方法 加工金 属板料 ，与 一次 拉伸成 形 的传 统工 艺 相 比，能加工出曲面更复杂 、延伸率更高的成形件 ，加 工精 度和表 面质量 均较好 ，不 仅 可加工一般 的金属 薄
金 属 板 材 分 层 渐 进 成 形 技 术 采 用 分层 加 工 的 原
理 ，其成形 过程如 图 １ 所示 。
上 夹紧材 料 ，托板可 沿导柱 自由上 下滑 动。然 后将该 装置 固定在 三轴联 动 的数控成 形机上 。加工 时 ，成形
收 稿 日期 ：２０ － ３ ２ ０７０－ ３
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０ 引言
金属板 材成形 在制造 业 中有着 广泛 的应用 ，但传 统 的工 艺必须 使用模 具 ，周期长 ，费用 高 ，难 以适应 小批 量 多品种 和开发新 产 品样 品试制 的需要 。金 属板
进 成 形 工 艺 的 实 际 应 用提 供 了理 论 依 据 。
关 键词 ：分 层 渐进成 形 ；成 形机理 ；成 形 力 中图分类号 ：Ｔ ８ Ｇ３ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号： ６ ３９ ３ （０ ７０ －０ ２０ １７ －８ ３２ ０ ）３０ ５ － ４ －
Ｓ ｕ ｙｏ ｎ ｒ ｍ ｅ ｔｌ ｒ ｉ ｇＰｒｎ ｉｌ ｆＳ ｅ ｔ ｅａ ｔ ｄ ｎＩ ｃ ｅ ｎ ａ ｍ ｎ ｉｃｐ ｅｏ ｈ ｅ ｔｌ Ｆｏ Ｍ
金属板材分层渐 进成形机理的研究
刘 杰
（ 深圳职业技术学院 ， 广东 深圳 ５ ８ ５ １０ ５）
摘 要 ：介绍 一种采 用快速 原型制造 原理 的金 属板 材分层 渐进 成形技 术 ，研 究金属 板材 分层渐进 成形 工艺
的成形机 理 ，通过 建立渐进 成形 的变形模 型 ，详 细分析 变形过程 中受力的情 况及 成 形过 程 ， 为金 属板材 分层 渐
基金项 目：深圳 职业技术学 院科技发展基金项 目 （ ７ ２ Ｆ ０ Ｋ０ ０ Ａ）
作者简 介 ：刘
杰 （ ９ ４ ，男 ，湖北利川人 ，深圳 职业技术学 院讲师 ，博 士 ，主要从事 Ｃ ／ ＡＭ 技术 ，快速成形技术 ，数 １７ －） ＡＤ Ｃ
板 成形 件 ，还可 加 工那些 用 传统 工 艺加工 不 出来 的 、 具有 复杂 曲面 的工件 。 ’
材分 层渐进 成形 技术采 用分层 制造 的原理 ，不需 要专
用 的模具 而 能实 现金 属板 壳件 的快 速成形 。 金 属 板 材分 层 渐进 成形 引入 快 速 原 型 制 造 技 术 （ ｐ ｄ ｒ ｔ ｔＰ ｎ Ｒａ ｉ Ｐ ｏ ｏ ｙ ｉ ｇ）中 “ 分层 制 造 ”（ ｙ ｒ ｄ Ｌａ ｅ ｅ Ｍａ ｕａｔｒ ｇ ｎ ｆｃ ｉ ）的思想ｕ，将 复杂 的三维形状沿 Ｚ轴方 ｕｎ 】
向离散 化 ，即分解成 一 系列二维 断面层 ，并 在这些 二 维断 面层 上进 行局部 塑性 成形 ，得 到所需 的形 状 ，实
现 了金 属板壳 件设计 与制造 一体化 。首 先 ，将 被加工 板料 置 于一个通 用模 芯上 ，在板料 四周用 压板在 托板
１ 金 属 板 材 分 层 渐 进 成 形 机 理 分 析
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第２ 卷 第 ３ ｌ 期 ２０ ０ ７年 ５ 月
湖
南
Байду номын сангаас
丁
业
大
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Ｊ ｒ ｌｏ ｎａ ｏｕ ｎａ ｆＨｕ ｎ Ｕｎｉ ｒｉｙｏｆＴｅ ｈ ｌ ｇｙ ｖｅ ｓｔ ｃ ｎｏ ｏ
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