金属板料单点增量成形的摩擦机理及影响研究

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单点增量成形(Single Point Incremental Forming,SPIF)是一种局部动态加载、逐层累积不均匀变形的新型板料快速制造技术，具有柔性、快速、绿色、低成本等制造优势，能够实现几何外形复杂的薄壁件成形。成形过程中工具头与板料之间持续接触的摩擦状态对制件的表面质量及板料的成形性影响较大。本文通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的手段，探究单点增量成形过程中工具头与板料间的摩擦机理及摩擦对制件成形的影响，对改善制件成形质量及提高板料成形性具有重要的意义。基于塑性成形中的基础摩擦理论，分析了单点增量成形过程的摩擦特点、摩擦模型;以工具头与板料的接触区域为分析对象，对其承受摩擦力下的受力状况进行解析表达，建立了成形力与摩擦系数的关系。针对单点增量成形的特点，建立了成形过程仿真的有限元模型;分析了板料所受作用力与摩擦系数的相互关系，以及摩擦系数对成形过程中等效应力、等效塑性应变、板料扭转及板厚减薄的影响规律。利用响应曲面法(RSM)中的Box-Behnken进行实验设计(BBD)，建立单点增量成形实验系统;通过成形力测试，计算得到不同工艺参数下的摩擦系数值，分析了成形参数对摩擦系数分布的影响规律;并基于此建立了摩擦系数的RSM预测模型。通过对制件表面粗糙度的测量、制件表面形貌的观测以及制件表面硬度的测试，分析润滑方式对成形件表面质量及表面硬度的影响;通过变角度的圆锥台的破损深度测试，利用最大成形角衡量其成形性，分析润滑方式对成形极限、破损形貌及微观组织的影响，从微观层面进一步揭示摩擦对成形过程和结果的影响机理。实验结果证实了理论分析和数值模拟结果的正确性及有效性。论文研究为通过改善单点增量成形过程中工具头与板料的摩擦状态提高制件表面质量、改善板料成形性提供了理论依据及技术指导。

著录项

作者
徐青;
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作者单位

西安理工大学;

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授予单位西安理工大学;
学科机械制造及其自动化
授予学位硕士
导师姓名杨明顺;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;金属压力加工;
关键词
金属板料; 增量成形; 摩擦机理;

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