金屬板材多點(diǎn)“三明治”成形的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、多點(diǎn)“三明治”成形(Multi-Point Sandwich Forming,MPSF)是一種模具形面可調(diào)整的板材柔性成形新工藝。該工藝可以顯著的降低模具的加工費(fèi)用及時(shí)間，特別適用于小批量變曲率工件的成形。目前已經(jīng)成功的使用于大型風(fēng)洞收縮段殼體和鋁球殼體的制造中。多點(diǎn)“三明治”成形的下模是由高度可調(diào)節(jié)的沖頭陣列組成，上模由排放有序的聚氨酯板構(gòu)成。并且為了能夠成形出表面質(zhì)量高的工件，在其下還鋪設(shè)了彈性墊板和金屬護(hù)板。其中金屬護(hù)板起到使離散

2、的多點(diǎn)模具連續(xù)的作用且可以重復(fù)使用，彈性墊板起到抑制工件表面出現(xiàn)壓痕的作用。
　　由于該工藝是新近發(fā)明的專(zhuān)利技術(shù)，對(duì)其變形機(jī)理和影響因素還沒(méi)有被系統(tǒng)的研究過(guò)。本文首次采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)成形機(jī)理及各影響因素進(jìn)行了研究，并應(yīng)用該工藝成形出了球面、橢球面和馬鞍面等雙曲率曲面工件。本文指明多點(diǎn)模具中沖頭密度及相鄰沖頭高度對(duì)成形工件形狀的限制，并對(duì)多點(diǎn)沖頭成形時(shí)的強(qiáng)度進(jìn)行校核，為多點(diǎn)模具的設(shè)計(jì)及其成形曲面的范圍提供理論依據(jù)。還

3、介紹了針對(duì)給定曲面所采用的考慮接觸點(diǎn)位置的沖頭高度調(diào)節(jié)方法。
　　本文采用非線性有限元軟件ABAQUS對(duì)多點(diǎn)“三明治”成形過(guò)程和工件的回彈進(jìn)行有限元分析。模擬中選用Moony-Rivalin超彈性材料模型作為聚氨酯橡膠的材料模型，其中材料參數(shù)通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。采用Pin-on-disc摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x對(duì)聚氨酯橡膠之間和聚氨酯橡膠與鋼之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。
　　工件表面的壓痕(凸包)是成形工件的主要失效形式之一，為了弄清在

4、多點(diǎn)“三明治”成形中壓痕產(chǎn)生的原理及影響因素。本文進(jìn)行了“三明治”結(jié)構(gòu)體單沖頭壓入研究，分析了彈性墊板厚度和硬度、工件厚度和屈服強(qiáng)度及沖頭半徑等因素對(duì)板材表面發(fā)生微小塑性變形時(shí)所產(chǎn)生的影響。
　　針對(duì)多點(diǎn)“三明治”成形影響因素多和變形復(fù)雜的特點(diǎn)，本文進(jìn)行了板材在圓柱面多點(diǎn)模具中“三明治”成形的實(shí)驗(yàn)，得出了護(hù)板厚度、彈性墊板厚度和硬度、工件材料、聚氨酯上模形狀和多點(diǎn)下模形狀等因素對(duì)成形出工件的影響規(guī)律。并通過(guò)改變工件表面的潤(rùn)滑情況，

5、得出了增加潤(rùn)滑可以降低成形力和提高工件成形精度的結(jié)論，這有助于加深對(duì)該工藝實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
　　中，該部位一直處于懸空狀態(tài)，易形成工件中部的凹陷問(wèn)題。為此，提出了多步成形的方法成功地解決了這一問(wèn)題。
　　板材成形中工件的回彈是不可避免的，在多點(diǎn)“三明治”成形時(shí)由于上模具為超彈性材料，這也是引起工件形狀誤差的主要因素。本文提出了一種沿目標(biāo)型面法線方向進(jìn)行模具型面補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法可以?duì)回彈以及其它因素引起的工件形狀誤差進(jìn)行模具型面