功能表面高速单点累积成形机理及参数控制方法研究

功能表面高速单点累积成形过程，就是通过断续往复运动的成形工具对不断旋转的制件表面高速击打，迫使制件在连续运动中不断受到打击而产生塑性变形，其累积效应最终实现制件成形，本项目研究功能表面高速单点累积成形机理及参数控制方法。项目采用有限元分析与实验相结合的方法，主要研究这种动态局部加载条件下的无模无约束单点累积成形过程的数学描述、建模、成形机理和控制问题，核心是揭示单点累积成形过程的金属变形和流动规律以及变形层与成形工具之间的作用关系；探索逐点击打过程中材料按预定要求流动和变形的条件，获得成形极限；发现接触速度、方向、摩擦及材料硬化特性对成形的作用机制，形成参数匹配准则和工艺条件；找出影响成形表面质量和结构特性的控制参数变化规律，为发展单点无模累积成形技术奠定理论和应用基础，具有重要的理论意义和实用价值，在设备小功率轻量化、过程高效率节能化、制品高质量精密化的塑性成形加工中有广阔的应用前景。

功能表面高速单点累积成形过程，就是通过断续往复运动的成形工具对不断旋转的制件表面高速击打，迫使制件在连续运动中不断受到打击而产生塑性变形，其累积效应最终实现制件成形。本项目采用有限元分析与实验相结合的方法研究块料、丝杠和齿轮等功能表面高速单点累积成形机理及参数控制方法。.结合金属塑性成形及单点增量成形基本原理，阐述了冷滚打成形的原理和运动关系，分析了冷滚打成形的影响因素；根据空间啮合原理，基于刀具回转面与被加工面的接触条件，建立数学模型，获得滚打轮的轴向轮廓曲线，进行了滚打轮的初步设计；对冷滚打成形中比较常见的鳞纹缺陷进行理论解析，获取了冷滚打成形过程中工艺参数对鳞纹表征参数的影响规律。.基于多体动力学原理，对滚打过程进行动力学分析；以应力波理论为基础，建立冷滚打应力波模型，获得了冷滚打过程中应力波的传播规律及传播速度。.运用ABAQUS有限元分析软件，建立冷滚打成形的有限元模型，对冷滚打成形过程进行模拟仿真；分析了滚打轮单次击打及二次重复击打时，不同位置单元和不同时刻应力场、应变场累积效应及变化规律；研究了成形过程中工件不同部位应力、应变分布及应力、应变随时间的变化规律。.应用主应力法建立单次冷滚打时变形力的数学模型，对滚打轮半径、滚打轮圆角半径、切入量、滚打速度等成形工艺参数对变形力的影响进行分析；研究了打入量、工件进给量及滚打速度对冷滚打成形的影响；研究了工艺参数对成形过程中的受力及廓形参数的影响及规律，建立了相应的回归模型，并验证了其有效性。.利用自行开发的冷滚打成形设备，对多种材料进行冷滚打成形试验。分析了金属材料经冷滚打成形后各部分温度场、金相组织变化及硬化层分布情况；获得了不同工艺条件下的滚打力变化规律，验证了理论分析和仿真结果的正确性。.研究获得了这种动态局部加载条件下的无模无约束单点累积成形过程的数学描述、建模、成形机理和控制问题；初步探明了单点累积成形过程的金属变形和流动规律以及变形层与成形工具之间的作用关系；探索了逐点击打过程中材料的流动和变形的条件；研究了接触速度、方向、摩擦及材料硬化特性对成形的作用机制，得到了试验材料的参数匹配准则和工艺条件。为发展单点无模累积成形技术奠定理论和应用基础，有重要的理论意义和实用价值，在设备小功率轻量化、过程高效率节能化、制品高质量精密化的塑性成形中有广阔的应用前景。