板材振动渐进复合精密成形机理研究

板材振动渐进复合精密成形是在单点渐进成形工艺基础上，采用多个等角度对称分布径向可调、并施加振动的工具头对板材进行连续局部复合成形的一种新技术。由于施加对称分布振动载荷，可改善成形条件，使成形系统的稳定性得到提高，可避免或减少成形过程中的回弹、褶皱、破裂等缺陷的产生，并使成形精度和成形效率提高，并扩大难加工材料的工艺范围。因此选择复杂条件下的多点渐进复合精密成形原理和机理进行研究，是为该技术的理论与应用研究提供有效途径。主要研究内容：采用平面板壳理论，对局部成形区域和整体成形平面进行受力分析，建立动力学模型以及起皱、破裂的判据；在分析成形缺陷产生原因基础上，建立回弹控制模型，设计精密成形工艺方案；采用计算机数值模拟方法，分析多工具头多道次板材振动复合成形过程中产生的应力叠加过程及其均整效应机理；开发四轴数控金属板材振动渐进复合成形实验装置，对板材渐进复合成形的理论研究和数值分析进行实验验证。

摘要：板材振动渐进复合精密成形是在单点渐进成形工艺基础上，采用多个等角度对称分布径向可调、并施加振动的工具头对板材进行连续局部复合成形的一种新技术。经研究发现：由于施加对称分布振动载荷，可改善成形条件，使成形系统的稳定性得到提高，可避免或减少成形过程中的回弹、褶皱、破裂等缺陷的产生，并使成形精度和成形效率提高。因此有必要选择复杂条件下的多点渐进复合精密成形原理和机理进行研究。项目的主要工作包括金属振动复合渐进成形动力学模型分析、回弹控制模型研究、基于振动渐进复合成形技术的多点复合渐进成形成形装置开发、复合渐进成形过程仿真与实验分析等。 .主要研究结论包括：.（1）根据金属板材塑性成形的特点及板材塑性变形基本假设，对受力薄板的微小单元进行了受力分析，并建立了在笛卡尔坐标系中薄板塑性成形动力学平衡微分方程。从具有轴对称性的圆板塑性成形出发，对受载圆板的轴对称问题进行了描述，建立了极坐标下的动力学平衡微分方程。.（2）在分析成形缺陷产生原因基础上，利用动力学模型求解结果及仿真分析结果，采用数值回归分析方法建立了板材复合渐进回弹控制模型，分析结果如下：工具头半径、进给量对制件的回弹的影响较为显著性；随着工具头半径的增大，回弹角逐渐增大；随着进给量的增大，制件的回弹角逐渐减小；而进给速度对制件回弹角的影响比较小，其曲线呈现近似余弦曲线形式。因此在保证制件的回弹角在可控范围内，工艺参数中进给速度可以适当的取较大值，而成形工具头半径取小值，同时兼顾生产效率。.（3）采用计算机数值模拟方法，分析了多工具头多道次板材振动复合成形过程中产生的应力叠加过程及其均整效应机理，发现多工具头振动复合成形过程中，板材中的残余应力减小，多道次成形对板材具有较好精整作用，振动的加入则起到减小残余应力的时效作用。.（4）根据板材振动复合渐进成形特点，开发了四轴数控金属板材振动渐进复合成形实验装置，包括成形系统的机械本体部分、检测与控制系统，通过实验研究发现实验结果与仿真结果、理论分析结果具有较好的一致性。.主要研究成果有研制多工具头联动的四轴数控板材振动渐进复合精密成形实验机一台，实现金属板材高效精密渐进成形加工；在核心期刊上发表论文6篇，其中（其中3篇被EI检索）；申请“板材振动渐进复合精密成形技术”专利4项，其中发明专利2项；培养工学硕士5名，已毕业3人。