金屬板材多點“三明治”成形的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、多點“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用及時間，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“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板。其中金屬護板起到使離散

2、的多點模具連續(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)，對其變形機理和影響因素還沒有被系統(tǒng)的研究過。本文首次采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對成形機理及各影響因素進行了研究，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。本文指明多點模具中沖頭密度及相鄰沖頭高度對成形工件形狀的限制，并對多點沖頭成形時的強度進行校核，為多點模具的設(shè)計及其成形曲面的范圍提供理論依據(jù)。還

3、介紹了針對給定曲面所采用的考慮接觸點位置的沖頭高度調(diào)節(jié)方法。
　　本文采用非線性有限元軟件ABAQUS對多點“三明治”成形過程和工件的回彈進行有限元分析。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)通過壓縮實驗來確定。采用Pin-on-disc摩擦系數(shù)測量儀對聚氨酯橡膠之間和聚氨酯橡膠與鋼之間的摩擦系數(shù)進行了測定。
　　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“三明治”成形中壓痕產(chǎn)生的原理及影響因素。本文進行了“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、工件厚度和屈服強度及沖頭半徑等因素對板材表面發(fā)生微小塑性變形時所產(chǎn)生的影響。
　　針對多點“三明治”成形影響因素多和變形復(fù)雜的特點，本文進行了板材在圓柱面多點模具中“三明治”成形的實驗，得出了護板厚度、彈性墊板厚度和硬度、工件材料、聚氨酯上模形狀和多點下模形狀等因素對成形出工件的影響規(guī)律。并通過改變工件表面的潤滑情況，

5、得出了增加潤滑可以降低成形力和提高工件成形精度的結(jié)論，這有助于加深對該工藝實質(zhì)的認(rèn)識。
　　中，該部位一直處于懸空狀態(tài)，易形成工件中部的凹陷問題。為此，提出了多步成形的方法成功地解決了這一問題。
　　板材成形中工件的回彈是不可避免的，在多點“三明治”成形時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)型面法線方向進行模具型面補償?shù)姆椒?，該方法可以對回彈以及其它因素引起的工件形狀誤差進行模具型面