發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 10:32

【摘要】： 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,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)。 本文指明馬鞍面這類存在負(fù)曲率一側(cè)難成形部位的曲面,在成形過(guò)程中,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?該方法可以對(duì)回彈以及其它因素引起的工件形狀誤差進(jìn)行模具型面的反向補(bǔ)償,并且不僅可以對(duì)實(shí)際成形工件的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的模具型面,還可以通過(guò)有限元計(jì)算的方法對(duì)模具型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用該方法對(duì)球面工件和馬鞍面工件進(jìn)行了模具型面補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn),研究結(jié)果表明該模具型面補(bǔ)償方法結(jié)合多點(diǎn)模具的型面可變的特點(diǎn),可以更快、更好的成形出符合設(shè)計(jì)要求的工件。
【圖文】：

圖 1-1 拉伸成形簡(jiǎn)圖Fig. 1-1 Schematic diagram of stretch forming proces成形膠自上世紀(jì)五十年代在德國(guó)問(wèn)世以來(lái)，由于耐磨，耐油性約為天然橡膠的 5-6 倍[6-9]。耐大氣老能進(jìn)行鋸、鉆、銑、車等機(jī)械加工。聚氨酯成可以承受 50000 次反復(fù)的加載和卸載過(guò)程，所以用。圖 1-2 為聚氨酯成形的簡(jiǎn)圖。

圖 1-1 拉伸成形簡(jiǎn)圖Fig. 1-1 Schematic diagram of stretch forming process1.2.2 聚氨酯成形聚氨酯橡膠自上世紀(jì)五十年代在德國(guó)問(wèn)世以來(lái)，由于耐磨性約為天然橡膠的 5-10 倍，耐油性約為天然橡膠的 5-6 倍[6-9]。耐大氣老化的性能也很好，加之它還能進(jìn)行鋸、鉆、銑、車等機(jī)械加工。聚氨酯成形時(shí)溫度可達(dá)150℃，并且可以承受 50000 次反復(fù)的加載和卸載過(guò)程，，所以在板材成形中得到較多的應(yīng)用。圖 1-2 為聚氨酯成形的簡(jiǎn)圖。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH165

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本文編號(hào)：2699545