伺服控制下非等厚板料體積成形機理及流動控制研究

《伺服控制下非等厚板料體積成形機理及流動控制研究》是依託上海交通大學，由趙震擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：伺服控制下非等厚板料體積成形機理及流動控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙震
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

在高性能化製造已成為我國製造業重要發展戰略的今天，具有結構和性能優勢的板料體積成形技術已越來越多用於含三維立體特徵零件的近淨成形。然而，以等厚度板料為坯料的板料體積成形已無法滿足一些複雜立體特徵零件的成形能力需求，這對成形裝備和技術提出了新的挑戰。本項目旨在通過採用非等厚板為坯料進行板料體積成形的研究，實現複雜立體特徵零件的製造。一方面，建立表征非等厚板的厚度域函式，將多種約束引入非等厚板的厚度域拓撲最佳化，從而獲得面向製造的非等厚板最優拓撲布局，實現有益的局部聚料；另一方面，引入伺服控制技術中的變速、保壓、回彈模式，分析非等厚板在複雜應力條件下不同運動模式造成材料巨觀力學性能變化的內在機理。在此基礎上，通過相關物理實驗與數值模擬，對成形缺陷和金屬流動加以控制和改善，最終建立一整套伺服控制下以非等厚板為坯料的板料體積成形工藝方法。

結題摘要

板料體積成形工藝可以在板料上製造高性能功能件，為汽車零部件設計提供了新的設計思路，有利於汽車輕量化的實現，促進汽車節能減排。板料體積成形工藝區別於常規板料成形的典型特徵是控制板料厚度的變化—減薄和增厚。板料體積成形工藝相比傳統工藝，也出現了很多新的技術問題。“伺服控制下非等厚板料體積成形機理及流動控制研究”項目以離合器轂、雙聯齒輪和側壁增厚件三類典型變厚功能件為例，深入系統地研究了板料體積成形過程中的金屬流動影響因素和流動規律。 離合器轂體件成形時主要存在杯底圓角變薄拉裂和齒形填充不滿缺陷，針對前述問題，本項目提出了一種伺服控制下拉深-擠壓複合成形工藝，可以一步完成離合器轂的成形。研究了伺服壓力機的速度、振盪和間歇模式對杯底減薄的影響，發現間歇模式下杯底圓角的減薄程度最小。針對齒形填充的問題，提出了兩步擠壓工藝，採用合理分配擠壓比的方法，可以使齒形第二步成形時處於壓應力狀態，提高齒形填充率。 板料體積成形工藝的材料是軋制板坯，金屬流動存在各向異性。為了更準確地預測板料體積成形過程中的金屬流動，本項目提出了一種方形壓縮試驗方法，可以得到壓縮態大應變下的各向異性模型參數。 為了研究減薄類零件板料體積成形工藝過程中的金屬流動規律，選取了雙聯齒輪這一典型零件，研究了外齒成形過程中的各向異性影響因素，並利用得到的各向異性模型準確地預測了金屬的流動差異。採用背壓控制金屬流動方式抑制了內齒剪下時出現的裂紋。研究了幾種沖裁下料方式對後續板料體積成形金屬流動的影響，並得到了最優的下料方案。 為了研究增厚類零件板料體積成形工藝過程中的金屬流動規律，以側壁增厚件為例，研究了側壁鐓粗過程的金屬變形規律。針對增厚比大引起的失穩摺疊和載荷過大的問題，提出了可控變形區的浮動鐓鍛工藝，可以有效解決側壁鐓厚摺疊問題，並且可以拓展到任意區域局部變形以及側壁齒形等功能特徵的成形。