双点渐进成形工艺参数多目标优化研究

为提高双点渐进成形(double-side incremental sheet forming,DSIF)制件的成形精度,以方锥盒制件作为试验制件,以刀具直径、层间距、成形角、板厚和成形深度等工艺参数为影响因素,以底部回弹值和侧壁鼓凸最小值作为优化目标设计正交试验,利用Abaqus数值仿真计算出试验结果数据,通过建立多输入和多输出的BP(back propagation)神经网络预测模型,结合带精英策略的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NAGA-Ⅱ)求解双点渐进成形工艺参数多目标优化问题,基于熵权逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)从Pareto解集中决策出一组最优工艺参数组合以提高优化结果的精确度,通过优化和筛选得到的最佳工艺参数组合进行对应试验。结果表明,经实测得到制件的底部回弹值为0.693 mm,侧壁鼓凸值为0.934 mm,筛选出的目标值误差分别为6.31%和2.09%。由此可见,建立的多目标优化流程具有可行性,为双点渐进成形制件的回弹减少提供了有效的优化方案。

双面渐进成形工艺参数优化及减薄率的预测

渐进成形的减薄率是衡量成形件质量的重要指标。文章采用Box-Behnken设计实验方案进行试验,分析了刀具直径D、层间距Δz、成形角α和板厚t对减薄率的影响,并得到试验最优的参数组合。建立了工艺参数到减薄率的BP神经网络模型,用数据训练集训练网络,计算测试集减薄率预测模型的精度。针对BP神经网络平均误差大(6.42%)的问题,用粒子群算法(PSO)优化了BP神经网络模型参数,使预测误差降低到2.24%。PSO-BP神经网络模型可以有效预测工艺参数和减薄率的关系。

两道次板材渐进成形过程仿真与实验验证

针对渐进成形工艺加工侧壁较陡零件时板材厚度减薄严重的问题,通过建立基于ABAQUS的两道次板材渐进成形有限元模型,比较单道次与两道次成形路径下零件厚度分布和等效塑性应变历史变化规律,研究了两道次成形策略对板材成形极限的影响。结果显示,与单道次成形件相比,两道次成形件变形量最大的区域离零件底部更近,在所选A、B、C3点处的等效塑性应变最大值分别减小了66.2%、81.9%和36.0%,且板材变形更加均匀,使零件最小厚度增加了16%左右,表明两道次成形路径能大幅提高板材成形极限。经实验验证,数值模拟结果基本与实际吻合。

局部结构的双面多点增量成形方案研究

针对薄壁零件局部结构成形的特点,提出了使用离散工具头代替整体托板支撑的双面多点增量成形工艺方案并验证了其可行性,该方案可实现局部结构的柔性化生产。根据支撑工具头的不同运动方式该方案可分为支撑式和挤压式成形方法。采用有限元建模的方法对比研究了两种成形方法的成形质量。研究表明:两种成形方案壁厚分布规律基本一致;支撑式成形方法的轮廓精度高于挤压式,且其回弹小于挤压式。

预成形型面对二道次渐进成形板厚分布的影响

为了研究预成形型面对金属板材二道次渐进成形板材厚度分布的影响,以直壁件两道次渐进成形为研究对象,首先制定了三种不同的预成形型面设计方案(型面轮廓线分别为圆弧和直线段),而后基于有限元模型分析了不同预成形型面条件下的板厚和等效塑性应变分布,并进行了实验验证.研究结果表明:半径为80mm的圆弧状预成形型面侧面轮廓线可获得更均匀的板材厚度分布、更大的最小板材厚度、更小的等效塑性应变;二道次最小厚度分布并不取决于整个塑性变形区的大小,而决定于第二道次实际参与的变形区域大小,而该区域的大小决定于预成形型面的设计;最终板厚分布和预成形型面曲率并不存在线性关系,当切线夹角为40°左右时,板厚分布最均匀.

阶梯特征钣金件多道次双点渐进成形策略

针对复杂钣金件采用单点渐进成形技术加工时会产生几何精度低和板厚分布不均的问题,提出了一种多道次双点渐进成形策略.以2种典型的复合圆台形件为研究对象,基于多道次双点独立或协同运动方法,合理规划加工区域并设计出适当的中间过渡轮廓,最终形成多道次双点渐进成形策略.通过将新的双点成形策略与传统单点渐进成形结果进行对比分析,结果表明,在工艺参数相同的情况下,与单点渐进成形技术相比,新的策略成形出的成形件的轮廓精度更高,厚度减薄率明显降低,厚度分布更均匀.

分离式双向凸起特征的双面数控渐进成形过程有限元分析

双向凸起特征是指沿Z轴正方向和负方向两个方向上都存在相互分离凸起形状的特征。双面数控渐进成形是一种采用两个同步运动成形工具头的新的全无模成形技术。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析了基于双面数控渐进成形技术的双向凸起特征的成形可能性。分析结果表明:利用双面数控渐进成形技术完全可以成形加工出分离式双向凸起特征。

双层板渐进成形对成形件表面质量和壁厚均匀性的影响

为改善成形件的表面质量和壁厚均匀性,提出双层板渐进成形方法。以典型圆锥件为研究对象、5052铝合金板为目标板、304不锈钢板为辅助板,实验分析成形件的表面粗糙度和壁厚分布,探讨辅助板对成形件表面质量及壁厚均匀性的影响。结果表明:单层板和双层板渐进成形件表面质量差异明显,在目标板厚度≥0.6 mm的条件下,双层板渐进成形可获得表面质量更好的零件;辅助板厚度对成形件表面粗糙度也有影响,合适的辅助板厚度可改善成形件壁厚分布均匀性,增大最小厚度。

基于STL模型的双面数控渐进成形干涉检查与修正

针对双面数控渐进成形中工具头与板材之间容易发生干涉的问题,提出了基于STL模型的工具头与板材干涉检查与修正方法。对于主工具头,采用等距面生成无干涉的成形轨迹,以避免干涉;对于副工具头,将干涉类型分为工具头与板材非成形特征区的干涉和工具头与板材成形特征区的干涉两种类型,并通过判断副工具头刀位点与支撑面的位置关系来确定是否发生干涉。算法应用实例和成形实验结果表明,所提出的算法能够避免干涉,进而生成无干涉的工具头运动轨迹。

工艺参数对基于3D打印支撑模具板料双点渐进成形性能的影响

目的提高基于3D打印支撑模具的板料双点渐进成形的成形性能,获得更好的成形参数。方法选择工具头直径、加工步长、进给速度3个工艺参数为因素,设计单因素实验,加工支撑模具半径为45mm的球冠,获得成形破裂角度,得到成形性能较好的工艺参数范围,确定成形性能较高的双点渐进成形方案。结果通过实验数据对比并综合表面质量、加工时间及成形精度等因素考虑,最佳工艺参数工具头直径为10mm(实验选择8,10,12mm),垂直层进给量为0.5mm(实验选择0.2,0.5,1mm),加工进给速度为400 mm/min(实验选择300~500 mm/min)。结论一定区域内工具头半径越小,垂直层进给量越大,工具头进给速度越大,板料成形性能越好。

基于背板的双面数控渐进成形方法

为了解决双面数控渐进成形中板材件无支撑悬空区域存在变形的问题,提出一种背板辅助的双面数控渐进成形方法。该方法以背板对板材的支撑作用,抑制板材件非成形区的非理想变形,进而提高成形质量。研究了面向复杂板材件基于背板的双面数控渐进成形策略和对于一个给定待成形板材件标准模板库模型自动生成所需背板计算机辅助设计模型的算法。该算法根据板材件类型的不同,通过提取待成形板材件标准模板库模型的特征轮廓,采用顶点偏置方法生成出背板计算机辅助设计模型,并采用数值模拟和实际成形实验对所提背板辅助双面数控渐进成形方法进行了验证和评估。有限元分析和实验结果表明,双面数控渐进成形中背板的使用能够有效提高成形件的成形质量,具有可行性和可应用性。

多道次双面渐进成形策略对成形质量的影响

针对大壁角深腔类零件成形难的问题,在分析平行直线、平行弧线和变角度多道次双面渐进成形的基础上,提出了一种“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略。以大壁角深腔类方锥为研究对象,通过有限元模拟结果得出,“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略在平均厚度和几何偏差上表现优越。并通过试验验证了“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略的成形效果。结果表明,“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略得到了更为均匀的厚度分布,平均厚度由0.78 mm提升为0.87 mm,厚度减薄率与变角度多道次双面渐进成形相比提高了7%,显著提高了双面渐进成形工艺中大壁角深腔类试验件的成形精度和表面质量。

双凸板材件的数控渐进成形研究

针对数控渐进反向成形中无法直接成形加工双凸板材件的问题,提出了基于双面挤压的双凸板材件数控渐进反向成形方法。该方法通过设计从正反两面可接近各形体的支撑模,并把板材用两个支撑模装夹,从正反两面挤压板材来实现双凸板材件成形。给出了双凸板材件的成形工艺方案和支撑模设计方法,研究了双凸板材件数控渐进反向成形过程数字模拟分析的方法并运用数值模拟分析了该方案的可行性,并且通过成形试验,完成了双凸板材件的制作。研究结果表明,基于双面挤压的数控渐进反向方法可应用于双凸板材件的制作。

多点渐进成形工艺数值模拟及实验对比

针对成形大尺寸船板需要大设备的问题,以多点渐进成形方法为研究对象,该方法既有单点渐进成形的由局部变形累计成总体变形的特点,又有多点成形模具自由重构的特点。采用数值模拟法仿真了4种不同的成形工艺产生的成形效果,同时展开了相同工况的实验研究,将实验结果在三维扫描仪下进行测量,然后对比验证了数值模拟的仿真结果。研究结果表明:对于双曲率船板而言,两侧多点同步驱动的成形方案比一侧先调整好位置、另外一侧再依次驱动的方案要优越,成形路径对成形效果的影响不太明显,压头的驱动方式对成形力的历史变化影响显著。

两道次渐进成形表面粗糙度的预测和分析

为了研究两道次渐进成形的表面质量,采用响应面法来分析和优化两道次渐进成形的整体表面粗糙度.首先,通过Box-Behnken设计方法制定以成形角α、道次间隔角度Δα、层间距Δz和进给速度V为主要研究参数的试验计划.其次,建立了四个工艺参数与成形件表面粗糙度间的数值模型,并结合实验与方差分析(ANOVA)验证了数学模型的准确性.然后,利用数值模型探讨四个参数及其相互作用对表面粗糙度的影响情况.最终得出:层间距、道次间隔角度、成形角及进给速度对表面粗糙度的影响依次减弱.当V增加时,粗糙度值先减小再呈增加趋势;当Δz,Δα和α增加时,表面粗糙度值随之增加.此外,通过优化提出了获得最优表面质量的参数组合,并通过实验验证了这组参数组合的优越性.

大型薄壁曲面铝合金零件的电磁渐进-拉形(EMIF-SF)成形技术

将电磁脉冲渐进成形(EMIF)和传统拉形(SF)技术结合在一起,形成一种新颖的板材复合成形方法,实现了大型薄壁曲面铝合金零件的精确制造。建立了适合该成形方法的3D有限元模型,分析了线圈结构、线圈个数、线圈移动轨迹和压板尺寸以及不同尺寸压板组合对零件最终成形质量的影响。根据模拟结果,采用双腰形线圈对称放电解决材料变形不均匀的问题,采用小放电能量(<9. 6 kJ)和小型工装(台面尺寸为1. 4 m×1. 4 m)搭建了实验平台,最终线圈经过放电86次,拉形11次,得到直径近Φ700 mm、高度150 mm的铝合金椭球形零件。研究表明:和旋压成形相比,此方法能够明显抑制壁厚减薄;和传统冲压相比,此方法能够明显抑制起皱。

双面数控渐进成形仿真系统

为解决双面数控渐进成形由于采用两个工具头而导致的成形轨迹复杂且容易发生错误的问题,提出一种基于二重点阵模型的双面数控渐进成形仿真方法.根据双面数控渐进成形的特点,采用二重点阵模型表示板材上下表面,判断二重点阵的点与工具头、点与工具头成形轨迹扫略区域的位置关系,将成形板材件的形状变化转化为点阵模型中点的位移变化,对点进行位移变换并重构为面,最终形成成形件的仿真模型;根据渐进成形中板材厚度减薄正弦规律,给出了成形件厚度分布云图;利用VC＋＋和OpenGL开发了双面数控渐进成形专用仿真软件.算法实例表明,所开发的软件系统能够模拟仿真双面数控渐进成形板材变形过程,可进行成形轨迹检测、厚度分布云图显示及成形性判断,运行稳定可靠,具有可应用性.

双面数控渐进成形中成形加工顺序对成形质量的影响分析

采用双面数控渐进成形对复杂形状板材件进行成形加工时,会存在多个工具头功能分配方案和成形加工顺序。以内含式双向凸起特征板材件为例,根据待成形特征的凸起方向的不同,提出两种成形加工顺序并生成出相应的走刀轨迹。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对基于两种成形加工顺序的成形过程进行数值模拟,给出了数值模拟成形件的厚度分布,绘制出数值模拟成形件和设计件的轮廓曲线和偏差曲线,并分析了两种成形方案对成形精度的影响。有限元分析结果表明,不同的成形加工顺序对成形质量的影响不同,先正向后反向方案的轮廓尺寸精度较好,更接近设计件轮廓,通过合理设计成形加工顺序可以有效提高成形精度。