成形刀具畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告精選

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一、數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)介紹

 

學(xué)者schmoeckel在他的著作中預(yù)言隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，板料成形設(shè)備將會(huì)變得更加靈活。leszak在其申請的專利中首次提出了利用簡單成形工具對板件進(jìn)行加工的板料無模成形思想，但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平這種技術(shù)沒有進(jìn)一步向前發(fā)展。后來隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，直到上個(gè)世紀(jì)90年代，松原才正式提出了板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)。

板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)引入“分層制造”的思想，首先將要加工的零件在高度上離散成若干層，再由cad/cam軟件在每層沿零件輪廓生成相應(yīng)的加工軌跡，簡單的成形工具頭沿著該軌跡對板件進(jìn)行逐層加工，得要想要加工的零件。由于數(shù)控漸進(jìn)成形是對板料進(jìn)行逐層逐點(diǎn)進(jìn)行加工，靠局部變形的積累獲得整個(gè)零件，因此具有加工方式靈活、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠成形出形狀復(fù)雜的鈑金零件。數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)從零件的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到零件的加工軌跡生成再到零件最終成形都具有很強(qiáng)的靈活性，零件的尺寸或者形狀變動(dòng)時(shí)只需在cad/cam軟件里改動(dòng)零件模型即可。因此，該技術(shù)特別適合用于鈑金類新產(chǎn)品的開發(fā)、試制及小批量生產(chǎn)。

板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)按其加工方式分為單點(diǎn)（負(fù)）漸進(jìn)成形和雙點(diǎn)（正）漸進(jìn)成形。單點(diǎn)漸進(jìn)成（single point incremental forming-spif）是一種不需要任何模具支撐的漸進(jìn)成形方式。金屬板被夾具固定在支架上，板下面懸空，工具頭沿特定的軌跡由金屬板四周向中心逐漸加工，此時(shí)金屬板在力的拉伸作用下變形。零件成形過程中金屬板料只跟工具頭接觸，成形過程中不需要模具支撐，因此單點(diǎn)漸進(jìn)成形具有加工方式靈活、加工范圍廣、對設(shè)備依賴性不強(qiáng)、占用生產(chǎn)資源少等特點(diǎn)。此外，只需要在cad軟件里改變零件幾何模型就可以獲得不同的成形軌跡，進(jìn)而加工出相應(yīng)形狀的零件，所以單點(diǎn)漸進(jìn)成形的操作性較好，但是因?yàn)槌尚芜^程中只是工具頭和金屬板的接觸，系統(tǒng)剛度相對較小，成形后零件容易發(fā)生回彈，導(dǎo)致零件成形精度較差。

 

二、數(shù)控漸進(jìn)成形優(yōu)缺點(diǎn)

 

不同與沖壓等塑性加工工藝，數(shù)控漸進(jìn)成形是金屬板件塑性加工的一種新的成形方式，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.無模加工

漸進(jìn)成形不需要專門的成形模具即可對金屬板進(jìn)行加工，特別是單點(diǎn)漸進(jìn)成形技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了無模具加工；即使是雙點(diǎn)漸進(jìn)成形也僅僅需要簡單的模具，而且模具的制作可以是代木、纖維等材料，相對于沖壓模的制作能大大節(jié)省時(shí)間成本和資金成本。

 

2.成形設(shè)備簡單、成本低

漸進(jìn)成形技術(shù)對設(shè)備的依賴性不高，普通的數(shù)控銑床進(jìn)行簡單的改造后就可以達(dá)到專用漸進(jìn)成形機(jī)床的加工效果，對板料的漸進(jìn)成形可以在普通數(shù)控銑床、漸進(jìn)成形專用機(jī)床、數(shù)控加工中心等設(shè)備上實(shí)現(xiàn)；用來進(jìn)行漸進(jìn)成形刀具只是簡單的圓形成形工具頭，工具頭不需要特殊的加工處理，只需保證硬度和表面粗糙度即可，這也降低了加工成本。

 

3.適合新產(chǎn)品的開發(fā)

市場上常見的商用cad/cam軟件里就可實(shí)現(xiàn)從零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到加工參數(shù)優(yōu)化再到成形軌跡生成整個(gè)過程的無縫銜接；當(dāng)零件尺寸需要改動(dòng)時(shí)，只需在軟件中改動(dòng)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型就可以實(shí)現(xiàn)成形軌跡的改變。

 

4.復(fù)雜板料零件成形

由于漸進(jìn)成形是對板料進(jìn)行逐點(diǎn)逐層成形因此可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜鈑金類零件的成形且成形精度高。

 

5.成形力小

零件漸進(jìn)成形過程中只有工具頭底部很小的區(qū)域與板料相接觸，每層板料變形區(qū)域也僅限于該區(qū)域，且工具頭在相鄰加工層之間的進(jìn)給量δz一般為0.2mm-1mm,因此所受成形力較小。

 

6.成形過程無噪音污染，對環(huán)境友好

零件漸進(jìn)成形時(shí)，特別是進(jìn)行單點(diǎn)漸進(jìn)加工時(shí)，金屬板和工具頭的接觸區(qū)域很小，加工過程中不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、沖擊等現(xiàn)象，整個(gè)加工過程中幾乎無噪聲污染。

 

三、數(shù)控漸進(jìn)成形研究現(xiàn)狀

 

板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)是在現(xiàn)代社會(huì)消費(fèi)者對產(chǎn)品多樣化、個(gè)性化需求越來越多的背景下提出的，是一種新型的適合新產(chǎn)品開發(fā)、試制的制造技術(shù)，該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展不僅可以豐富塑性加工理論的知識(shí)體系，還具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用空間。數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)自被提出以來，便憑借自身的優(yōu)點(diǎn)引起國內(nèi)外大量學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，對該技術(shù)的研究主要集中在下幾個(gè)方面：

 

成形極限圖（flc）通常用來描述一種工藝的成形性能。大量研究表明漸進(jìn)成形技術(shù)的成形極限圖大致是一條位于第一象限負(fù)斜率的直線，而傳統(tǒng)的成形極限圖是一條v線，如圖1.6所示。因此，漸進(jìn)成形技術(shù)能顯著提升材料的加工潛力，成形出大應(yīng)變的零件。hagan和jeswiet對比研究了旋轉(zhuǎn)成形、旋壓成形和漸進(jìn)成形三種板料成形技術(shù)的成形特征和成形機(jī)理，凸顯了板料漸進(jìn)成形技術(shù)的優(yōu)勢。jackson和allwood對拼焊銅板進(jìn)行了漸進(jìn)成形，研究零件成形過程中金屬板的變形過程和變形機(jī)理。作者分別測量了單點(diǎn)漸進(jìn)成形和雙點(diǎn)漸進(jìn)成形后零件厚度方向上的應(yīng)變分布，發(fā)現(xiàn)在與工具頭運(yùn)動(dòng)方向相切的方向上，板料主要發(fā)生拉伸和剪切變形，與在工具頭運(yùn)動(dòng)平行的方向上，板料主要發(fā)生剪切變形；作者還發(fā)現(xiàn)隨著拉伸和剪切作用的不斷加劇，零件實(shí)際測量厚度跟正弦曲線預(yù)測厚度之間的誤差會(huì)逐漸增大。s. gatea等研究了主要成形參數(shù)對板件成形性能的影響，發(fā)現(xiàn)零件經(jīng)多道次漸進(jìn)成形后壁厚分布更均勻；增量步長對板件成形性能的影響還不十分明確；增加主軸轉(zhuǎn)速或者減小工具頭進(jìn)給速度都能使板件成形性能提高；小尺寸圓形工具頭螺旋軌跡加工時(shí)，板件極限成形角較大。c.raju等將幾個(gè)薄銅板疊加在一起進(jìn)行單點(diǎn)漸進(jìn)成形，分別得到每塊薄銅板的成形極限圖，研究每塊薄銅板的成形性能。

劉兆兵等通過試驗(yàn)驗(yàn)證了板料的成形性能跟成形角度和刀具軌跡的垂直進(jìn)給量有關(guān)，作者還研究了不同成形參數(shù)對工具頭與金屬板之間成形力的影響。馬琳偉等數(shù)值模擬不同成形軌跡下零件漸進(jìn)成形過程，作者將零件分成四個(gè)不同的變形區(qū)，探討每個(gè)變形區(qū)的變形特點(diǎn)和變形過程。

 

四、提綱

 

致謝

摘要

abstract

 

第一章

1.1 引言

1.2 數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)

1.2.1 數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)介紹

1.2.2 數(shù)控漸進(jìn)成形基本流程

1.2.3 數(shù)控漸進(jìn)成形重要幾何參數(shù)

1.3 數(shù)控漸進(jìn)成形優(yōu)缺點(diǎn)

1.3.1 數(shù)控漸進(jìn)成形的優(yōu)點(diǎn)

1.3.2 數(shù)控漸進(jìn)成形的缺點(diǎn)

1.4 數(shù)控漸進(jìn)成形研究現(xiàn)狀

1.5 課題目的和主要內(nèi)容

1.5.1 課題研究的目的

1.5.2 課題研究的主要內(nèi)容

1.6 本章小結(jié)

 

第二章 曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形質(zhì)量及成形機(jī)理分析

 

2.1 引言

2.2 曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形缺陷分析

2.2.1 表面壓痕

2.2.2 平緩曲面處成形質(zhì)量和垂直尺寸精度

2.2.3 成形時(shí)間

2.3 單點(diǎn)漸進(jìn)成形機(jī)理分析

2.3.1 單點(diǎn)漸進(jìn)成形應(yīng)力狀態(tài)

2.3.2 單點(diǎn)漸進(jìn)成形應(yīng)變狀態(tài)分析

2.3.3 單點(diǎn)漸進(jìn)成形零件厚度

2.4 本章小結(jié)

 

第三章 單點(diǎn)漸進(jìn)成形有限元模型的建立

 

3.1 引言

3.2 單點(diǎn)漸進(jìn)成形的有限元模型

3.2.1 實(shí)體模型

3.2.2 單元的選擇

3.2.3 材料模型

3.2.4 網(wǎng)格劃分

3.2.5 摩擦和接觸

3.3 成形軌跡

3.3.1 工具頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)原則

3.3.2 軌跡生成和加載

3.4 本章小結(jié)

 

第四章 曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形刀具軌跡優(yōu)化（一）

 

4.1 引言

4.2 基于增量角度 δθ 的優(yōu)化方法

4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.3.1 零件模型

4.3.2 試驗(yàn)設(shè)備和材料

4.3.3 試驗(yàn)方案

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.4.1 表面痕跡

4.4.2 零件平緩表面處成形質(zhì)量和垂直尺寸精度

4.4.3 成形時(shí)間

4.5 有限元數(shù)值模擬

4.5.1 零件厚度

4.5.2 等效塑性應(yīng)變

4.5.3 等效應(yīng)力

4.5.4 尺寸精度

4.6 斜壁零件成形試驗(yàn)

4.6.1 試驗(yàn)方案

4.6.2 成形精度

4.6.3 零件厚度

4.6.4 成形時(shí)間

4.7 本章小結(jié)

 

第五章 曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形刀具軌跡優(yōu)化（二）

 

5.1 引言

5.2 基于增量弧長s_0的優(yōu)化方案

5.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.3.1 試驗(yàn)方案

5.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.4.1 表面痕跡

5.4.2 零件平緩表面處成形質(zhì)量和垂直尺寸精度

5.4.3 成形時(shí)間

5.5 有限元數(shù)值模擬

5.5.1 零件厚度

5.5.2 等效塑性應(yīng)變

5.5.3 等效應(yīng)力

5.5.4 尺寸精度

5.6 兩種優(yōu)化方法的對比

5.6.1 操作性

5.6.2 試驗(yàn)效果

5.7 另外一種曲面零件成形實(shí)例

5.8 本章小結(jié)

 

第六章 總結(jié)與展望

 

6.1 總結(jié)

6.2 展望

 

參考文獻(xiàn)

 

五、課題目的和主要內(nèi)容

 

課題研究的目的數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)早在上世紀(jì)90年代就被有關(guān)學(xué)者提出，但至今為止仍沒有大規(guī)模的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，成形質(zhì)量缺陷是制約該技術(shù)發(fā)展的重要因素，因此提高零件單點(diǎn)漸進(jìn)加工質(zhì)量是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。本課題首先旨在總結(jié)歸納曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形質(zhì)量缺陷及其原因。其次，提出改善曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形表面質(zhì)量的一般性方法并通過試驗(yàn)驗(yàn)證。最后，運(yùn)用有限元數(shù)值模擬，對比分析不同工藝參數(shù)對曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形性能的影響，為實(shí)際加工時(shí)參數(shù)的選擇提供參考。

本課題針對變角度曲面零件漸進(jìn)成形后表面質(zhì)量差的問題，主要做了以下幾項(xiàng)工作：

1）總結(jié)歸納曲面零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形質(zhì)量缺陷及其原因。

2）提出一種基于零件截面曲線形狀用增量角度dθ來控制增量步長dz的方法，建立增量步長dz與增量角度dθ之間的計(jì)算關(guān)系，并將此方法成功應(yīng)用于變角度曲面零件成形，通過試驗(yàn)對比該方法與傳統(tǒng)加工方法在零件表面壓痕、平緩曲面處成形質(zhì)量、成形尺寸誤差、成形時(shí)間等方面的區(qū)別；使用該方法加工斜壁零件，在零件厚度、零件尺寸精度、加工時(shí)間等方面與固定增量步長成形方法做對比。

3）提出一種基于零件截面曲線形狀用增量弧長s0來控制增量步長dz的方法，建立增量步長dz與增量弧長s0之間的計(jì)算關(guān)系，以變角度曲面零件為例試驗(yàn)驗(yàn)證該方法的可行性，試驗(yàn)對比研究該方法與傳統(tǒng)加工方法在零件表面壓痕、平緩曲面處成形質(zhì)量、成形尺寸誤差、成形時(shí)間等方面的區(qū)別。

4）使用ansys/workbench有限元軟件數(shù)值模擬曲面零件漸進(jìn)成形過程，分別模擬不同增量步長δz、不同增量角度δθ和不同增量弧長s0時(shí)的曲面零件成形過程，對比分析不同成形方法成形過程中金屬板塑性應(yīng)變、零件成形厚度、零件成形精度等方面的差別。

 

六、進(jìn)度安排

 

20xx年11月01日-11月07日 論文選題、

20xx年11月08日-11月20日 初步收集畢業(yè)論文相關(guān)材料，填寫《任務(wù)書》

20xx年11月26日-11月30日 進(jìn)一步熟悉畢業(yè)論文資料，撰寫開題報(bào)告

20xx年12月10日-12月19日 確定并上交開題報(bào)告

20xx年01月04日-02月15日 完成畢業(yè)論文初稿，上交指導(dǎo)老師

20xx年02月16日-02月20日 完成論文修改工作

20xx年02月21日-03月20日 定稿、打印、裝訂

20xx年03月21日-04月10日 論文答辯

 

七、參考文獻(xiàn)

 

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