基于數(shù)值模擬的板材漸進(jìn)成形回彈技術(shù)應(yīng)用研究

羅佳 孫亮

摘?要：在當(dāng)前的板材加工成形技術(shù)應(yīng)用中，塑性加工方法中，漸進(jìn)成形是新型技術(shù)之一，相對于傳統(tǒng)沖壓式的成形技術(shù)而言，應(yīng)用的便利性以及成本更低，效率更高。在漸進(jìn)成形加工中，對于零部件的最終形態(tài)產(chǎn)生決定性影響的是零件在成形后的回彈情況，因此，這也成為當(dāng)前技術(shù)研究領(lǐng)域需要重點(diǎn)解決的問題之一，在相應(yīng)的回彈研究中，針對回彈的主要影響因素進(jìn)行分析和預(yù)測，研究促進(jìn)回彈工藝解決的方法和技術(shù)，對于漸進(jìn)成形回彈效果具有重要影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬;板材;漸進(jìn)成形;回彈技術(shù);應(yīng)用

1 板材漸進(jìn)成形回彈技術(shù)研究必要性

就目前國內(nèi)外關(guān)于這一技術(shù)的研究而言，金屬板材的漸進(jìn)成形技術(shù)還處于有待進(jìn)一步開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。研究這項(xiàng)技術(shù)，能夠幫助盡快的占據(jù)這一技術(shù)的市場，提升企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身生產(chǎn)加工模式轉(zhuǎn)變和技術(shù)改進(jìn)。目前這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，但是潛在的市場前景卻十分廣闊，是制造業(yè)研究探索的重點(diǎn)對象之一。針對漸進(jìn)成形技術(shù)丶研究中，日本科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)財(cái)團(tuán)為此專項(xiàng)撥款，研制出多種樣機(jī)，能夠針對汽車覆蓋件加工實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這一技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，相關(guān)的無模成形技術(shù)也在加緊研發(fā)中。而我國的金屬板材的無模成形加工技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展中，漸進(jìn)成形技術(shù)的前景比較廣闊，這一技術(shù)結(jié)合了多種塑性技工技術(shù)的優(yōu)勢，能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域制造各種特殊的零部件產(chǎn)品，讓產(chǎn)品生產(chǎn)更加理想化、高效化，突破傳統(tǒng)模具加工的短板，通過理論分析、計(jì)算、模擬以及實(shí)驗(yàn)等過程，研究金屬板材漸進(jìn)成形中的回彈技術(shù)，對于為漸進(jìn)成形技術(shù)質(zhì)量提供有效的保障具有重要意義。

2 基于數(shù)值模擬的漸進(jìn)成形回彈影響因素分析

在金屬板材的漸進(jìn)成形加工過程中，基本的數(shù)值模擬漸進(jìn)成形加工原理是按照具體的數(shù)值模擬漸進(jìn)成形方向差異，將漸進(jìn)成形劃分成正向成形以及反向成形，其中的正向成形原理就是通過將板材放在相應(yīng)的成形支撐模具中，使用托板以及壓板來固定板材的位置，借助工具頭來對于板材進(jìn)行逐層擠壓，完成一層板材擠壓后需要確保工具頭和板材能夠一同移動(dòng)，為下一步加工做好準(zhǔn)備，最終完成全部成形任務(wù)即可。而反向成形的原理則是通過將板材加緊后，工具頭會根據(jù)相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)來對于板材實(shí)施逐層擠壓，完成一道擠壓工序后，工具頭逐層下降，直到完成全部層次的加工任務(wù)，在這一過程中，需要始終確保夾具穩(wěn)定不動(dòng)。在這一過程中，針對加工成形質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素有很多，針對各個(gè)等高線層的垂直距離能夠產(chǎn)生質(zhì)量影響的因素中，回彈值是重要因素，回彈情況對于制件的尺寸精度、外觀質(zhì)量等都會產(chǎn)生直接影響，最終決定產(chǎn)品是不是合格。在加工中，通過對于制件進(jìn)行測量以及對于目標(biāo)模型尺寸偏移情況和回彈值進(jìn)行測量，對于制件的尺寸精度的量化具有一定作用。在工件的尺寸精度的影響因素中，加工的進(jìn)給速度、工具頭直徑以及潤滑狀況還有制件自身的因素都可能影響精度。

通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，層間距的垂直距離對于具體的尺寸精度會產(chǎn)生直接影響，且工具頭的直徑對于制件的尺寸精度也會產(chǎn)生較大影響。要想促進(jìn)制件精度和質(zhì)量提升，需要重點(diǎn)針對分層高度以及工具頭大小做好選擇和控制。

此外，對于制件精度會產(chǎn)生較大影響的因素中，制件自身的材料性能也是重要影響因素之一，在工具頭直徑、進(jìn)給速度以及層間高度一致的情況下，針對一毫米的板材進(jìn)行加工，使用不同材質(zhì)的板材，對比鋁合金、鋼材以及高強(qiáng)度鋼在同等狀況下的加工結(jié)果，發(fā)現(xiàn)制件的材質(zhì)自身的變形抗力強(qiáng)度越大，這類板材的尺寸精度就越小，對此，在相關(guān)的技術(shù)研究中，需要把握按照不同材料的屈服強(qiáng)度針對回彈量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，確保制件的尺寸精度能夠更高實(shí)現(xiàn)。

3 回彈補(bǔ)償方法

因?yàn)榻饘侔宀臐u進(jìn)成形技術(shù)都是在數(shù)控機(jī)床中完成的，需要借助其自身的重復(fù)定位精度高的優(yōu)勢來針對具體的制件的具體位置重新編制加工程序，最終實(shí)現(xiàn)回彈的消除，按照一定的回彈值進(jìn)行反向補(bǔ)償，而這個(gè)回彈量的數(shù)值需要逐次從制件成形裝置中獲取，在實(shí)施測量得到，在重新將制件放回原來的位置進(jìn)行加工，這樣做會大大增加時(shí)間消耗，且每一次的重新定位也會導(dǎo)致一些偏差，這樣反復(fù)幾次進(jìn)行操作后，偏差還會進(jìn)一步增大，這對于制件的質(zhì)量會產(chǎn)生較大的影響，對此，采用有限元模擬軟件來針對回彈量實(shí)施預(yù)測，能夠避免這一過程中出現(xiàn)的誤差，減少返工次數(shù)，節(jié)約時(shí)間和成本。借助有限元軟件進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，按照之間的三維模型實(shí)現(xiàn)有限元模型的分層，方便按照預(yù)測情況來進(jìn)行加工程序的進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)有效的回彈補(bǔ)償。

4 總結(jié)

當(dāng)前金屬板材加工技術(shù)中，漸進(jìn)成形技術(shù)因?yàn)槠渥陨淼募夹g(shù)應(yīng)用優(yōu)勢較多，因此在板材加工中的應(yīng)用越來越多，這一技術(shù)加工的成品質(zhì)量高，效率高，但是需要注意的是，對于這一技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際加工質(zhì)量影響因素中，回彈效果是關(guān)鍵，對此，需要把握這一技術(shù)應(yīng)用的回彈情況，做好相應(yīng)的技術(shù)處理，促進(jìn)整體金屬加工板材質(zhì)量不斷提升。

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基金項(xiàng)目：2019年度安徽省高等學(xué)校省級自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目《基于虛擬仿真的金屬板材漸進(jìn)沖壓成形技術(shù)研究》，項(xiàng)目編號：KJ2019A1138

作者簡介：羅佳（1985-），女，漢族，池州人，本科，助教，池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，研究方向：機(jī)械電子，工程材料;孫亮（1983-），男，池州人，碩士，講師，池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，研究方向：機(jī)械制造、工程材料。