金屬板料單點增量成形過程摩擦行為的有限元仿真研究

摘要單點增量成形是一種制造薄壁板料的快速成形方法，它通過局部逐層動態(tài)加載來加工板件材料。該技術(shù)具有成本低、速度快和無污染等優(yōu)點，并能夠制造傳統(tǒng)工藝難以生產(chǎn)的復(fù)雜外形幾何件。采用“分層制造”思想的單點增量成形技術(shù)主要是通過夾具將板料固定，然后使用圓形工具頭逐層加工板料。在這個過程中，摩擦對金屬的塑性流動和變形均勻性、成形力大小和表面質(zhì)量等都會產(chǎn)生影響。為了研究不同單點增量成形工藝的摩擦行為，有必要研究原材料和工藝參數(shù)之間不同組合得到的摩擦系數(shù)如何影響成形過程。本文使用有限元仿真軟件ABAQUS研究了單點增量成形中的摩擦行為。主要研究摩擦狀態(tài)對板料的厚度、板料的位移變化、成形過程中工具頭的受力變化的影響。結(jié)果表明，選擇適當?shù)墓に嚄l件，可以有效地降低成形力和摩擦力。此外，摩擦行為對成形力、板料變形、等效應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變都有顯著的影響，選擇合適的工藝參數(shù)能夠得到較好的成形質(zhì)量。這些發(fā)現(xiàn)對于優(yōu)化單點逐步成形工藝參數(shù)以提高成形質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：單點增量；摩擦行為；有限元仿真；ABAQUS

AbstractSingle-pointincrementalformingisamethodofmanufacturingsheetmetalforrapidprototypingthatusespartialdynamicloadingtoprocesssheetmaterialinonestep.Thetechnologyhastheadvantagesoflowcost,speed,non-pollution,andtheabilitytoproducecomplexgeometriesthataredifficulttoproducewithconventionalprocesses."Theideaof"layeredmanufacturing"allowsthesingle-pointincrementalformingtechniquetobeusedmainlybyholdingthesheetinafixtureandthenmachiningthesheetmetalstepbystepwithacirculartoolhead.Inthisprocess,thefrictionalforcesofplasticmetalflowhaveanimpactonformingforcesanddeformationuniformity,dimensionsandsurfacequality.Tostudythefrictionalbehaviorofthesingle-pointincrementalformingprocess,itisnecessarytoinvestigatetheimportantinfluenceofthecombinationbetweenrawmaterialsandprocessparametersonthefrictioncoefficient.ThisarticleusesthefiniteelementsimulationsoftwareABAQUStostudythefrictionbehaviorinsinglepointincrementalforming.Themainresearchfocusesontheinfluenceoffrictionstateonthethicknessofthesheetmetal,thedisplacementchangesofthesheetmetal,andtheforcechangesofthetoolheadduringtheformingprocess.Theresultsindicatethatselectingappropriateprocessconditionscaneffectivelyreducetheformingforceandfrictionforce.Inaddition,frictionbehaviorhasasignificantimpactonformingforce,sheetdeformation,equivalentstress,andequivalentplasticstrain.Choosingappropriateprocessparameterscanachievegoodformingquality.Thesefindingshaveguidingsignificanceforoptimizingsinglepointprogressiveformingprocessparameterstoimproveformingquality.Keyword:Singlepointincrements;Frictionalbehavior;Finiteelementsimulation;ABAQUS

目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 1Abstract 21緒論 51.1研究背景及意義 51.2板料單點增量成形技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.3研究方法及內(nèi)容 71.4本章小結(jié) 82有限元技術(shù) 92.1有限元分析原理 92.2ABAQUS軟件介紹 92.3ABAQUS基本模塊 102.3.1ABAQUS/standard 102.3.2ABAQUS/Explicit 102.3.3ABAQUS其他模塊 102.3.4ABAQUS/Explicit的在本文中的應(yīng)用 112.4本章小結(jié) 113建立單點增量成形有限元仿真模型 133.1幾何模型的建立 133.2材料參數(shù) 143.3分析步 153.4接觸設(shè)置 153.5載荷及運動軌跡設(shè)置 163.6網(wǎng)格劃分 173.7本章小結(jié) 184單點增量成形過程有限元結(jié)果分析 194.1金屬板單點增量成形過程中板料的厚度變化 194.2金屬板單點增量成形過程中板料的位移變化 204.3金屬板單點增量成形過程中工具頭的受力變化 224.4金屬板單點增量成形過程中能量變化規(guī)律 234.5本章小結(jié) 245摩擦對單點增量成形仿真結(jié)果的影響 255.1單點增量成形過程中摩擦系數(shù)的研究 255.2摩擦對成形力的影響 265.3摩擦對板料變形的影響 285.4摩擦對等效應(yīng)力的影響 295.5摩擦對等效塑性應(yīng)變的影響 315.6本章小結(jié) 326總結(jié)及展望 356.1總結(jié) 356.2展望 35參考文獻 36致謝 38附錄A英文文獻翻譯 39附錄B仿真云圖 471緒論1.1研究背景及意義隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的進一步提升，板料成形技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用比重持續(xù)增加，逐漸扮演著越來越重要的角色。傳統(tǒng)的板料塑性成形技術(shù)主要依賴沖壓工藝，主要利用模具來將板料轉(zhuǎn)化為成品。沖壓模具是金屬成形中不可缺少的工具，其生產(chǎn)率高、成本低的優(yōu)點在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著科學(xué)技術(shù)和制造工藝的不斷提高，以及人們環(huán)保意識的不斷增強和各種新技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。為了滿足市場的需求，同時能夠降低成本，提高生產(chǎn)效率，許多薄壁鈑金加工技術(shù)應(yīng)運而生，涉及各行各業(yè)[1]。目前，薄壁板材成形技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)逐漸完善，發(fā)揮的作用越來越大。根據(jù)傳統(tǒng)的加工方法，薄壁鈑金件的成形主要以沖壓工藝為主，但這種方法具有一定的局限性。由于模具制造具有一定的周期，成本較高此外，該方法的精度也有一定的局限性，只適用于大批量、低精度的產(chǎn)品。為了克服傳統(tǒng)加工方法的局限性，許多新型零件，如精密復(fù)合機床、數(shù)控車削、成形鈑金薄沖模等已成為當前社會制造業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分。這些新型零件可以提高生產(chǎn)效率和成形精度，滿足市場需求[2]。因此，本研究旨在通過有限元模擬研究單點漸進成形過程中摩擦行為的影響，從而提高薄壁板料成形的精度和效率，降低成本[2]。通過本研究，將深入理解薄壁板料成形技術(shù)的摩擦行為，探索如何通過優(yōu)化單點漸進成形工藝來提高金屬板料的成形質(zhì)量和制造效率。作為新穎的塑性成形技術(shù)，單點漸進成形技術(shù)是一種利用"分層制造"思想的新型板材成形技術(shù)。該技術(shù)通過預(yù)先設(shè)定的成形路線，控制工具頭的運動軌跡，逐層成形薄壁板材。板料與工具頭的相對運動關(guān)系轉(zhuǎn)化為連續(xù)小區(qū)域的變形累積，最終實現(xiàn)整體成形。與傳統(tǒng)板材加工方法相比，該技術(shù)具有周期短、成本低、柔性高、局部受力小、設(shè)備摩擦小、噪聲低等優(yōu)點[3]。可滿足單件或小批量生產(chǎn)的需求，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域。為了獲得所需產(chǎn)品，單點增量成型技術(shù)采用預(yù)設(shè)程序或三維建模技術(shù)使控制工具頭跟隨預(yù)設(shè)軌跡進行快速成型。與傳統(tǒng)工藝和模具相比，該技術(shù)降低了新產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本，為小批量產(chǎn)品和高精度要求的新產(chǎn)品的開發(fā)提供了巨大的經(jīng)濟價值，該技術(shù)在自動化運行模式方面極為成熟、成本低、效率高，同時可加工不同形狀需求的產(chǎn)品[4]。此外，該技術(shù)還可以減少能源消耗和污染。單點增量成形（SPIF）涉及應(yīng)力場、應(yīng)變場等多個耦合場，使得金屬的塑性流動行為變得更加多樣，從而使成形過程變得異常復(fù)雜。深入研究成形機理，探索金屬的流動特性，并分析應(yīng)力和應(yīng)變值隨時間的變化成為一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為了解決這個問題，可以采用有限元模擬技術(shù)來研究影響成形過程的相關(guān)因素以及這些因素與中間變量之間的關(guān)系，而無需進行大量的物理實驗。在SPIF技術(shù)的研究中，有限元仿真技術(shù)可以用于深入研究成形機理。在單點增量成形過程中，工具尖端與板料的接觸面不斷滾動板料，導(dǎo)致工件發(fā)生塑性變形和摩擦現(xiàn)象。摩擦現(xiàn)象不僅會影響成形極限，還會對成形件的表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，研究單點增量成形過程中的摩擦現(xiàn)象具有重要意義。通過有限元仿真技術(shù)，我們可以更好地理解和分析摩擦行為，進而改善單點增量成形技術(shù)，提高成形件的質(zhì)量和性能[5]。總結(jié)以上內(nèi)容，本文構(gòu)建了一個考慮摩擦效應(yīng)的單點增量成形過程的有限元模型，并利用仿真結(jié)果深入研究了該過程中的摩擦行為。研究結(jié)果揭示了摩擦系數(shù)對成形過程的影響規(guī)律，對于指導(dǎo)單點增量成形過程中工藝參數(shù)的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。1.2板料單點增量成形技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為現(xiàn)代板材成形技術(shù)中的最新且規(guī)模最大的技術(shù)之一，單點漸進成形技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)以及一些簡單的輔助技術(shù)領(lǐng)域。該技術(shù)利用預(yù)先編制的數(shù)控程序，通過按照預(yù)設(shè)的運動軌跡逐漸成形板料，從而實現(xiàn)所需的零件形狀。其工作原理如圖1.1所示，板材在上下夾板的作用下固定，工具頭向下壓緊做螺旋運動，底部的圓形工具頭隨板材一起壓緊。你最終得到想要的形狀[6]。圖1.1單點增量成形原理示意圖板料單點漸進成形技術(shù)最早是由日本學(xué)者松原茂夫教授提出的，他們還發(fā)現(xiàn)板料的厚度與壓邊力有很大的關(guān)系，薄板和均勻的板料厚度是實現(xiàn)單點形狀變形的最基本條件[7]。薄塊體材料因其良好的塑性和韌性而被廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)水平的不斷提高和加工設(shè)備精度要求的不斷提高，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也在逐漸增加，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量也在逐漸下降。為了在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本等方面具有明顯的優(yōu)勢，人們提出了板材單點增量，并得到了廣泛的應(yīng)用[8]。國內(nèi)外眾多學(xué)者對單點增量成形技術(shù)進行了大量的研究。Malhotra[9]等利用有限元技術(shù)模擬了錐形零件的成形過程，探究了成形過程中的"面條效應(yīng)"是如何影響成形極限值的。Klim[10]等人發(fā)現(xiàn)了單點增量成形過程中的剪切變形規(guī)律，研究了多道成形加工工藝，實現(xiàn)成形板的均勻厚度分布。Eyckens等人利用ABAQUS/Explicit有限元分析軟件研究了成形過程中軸向和切向力的變化。結(jié)果顯示，軸向力在成形過程中起決定性作用。Bouffioux[11]等采用實體元素對成形過程進行了有限元模擬，并通過不同工藝節(jié)點的實驗觀察驗證和比較了數(shù)值的準確性和有效性。Silva[12]等研究了單點增量成形過程中材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為，并進行了理論分析。尹長城[13]等利用LS-DYNA求解器研究了不同刀具直徑對板材成型的影響，以指導(dǎo)板材加工中實際刀具頭的選擇。Neto[13]等人使用ABAQUS有限元軟件模擬了單點增量成形過程，并獲得了成形過程中的應(yīng)力和應(yīng)變變化。胡建標[15]等人基于ABAQUS軟件，分析了層間距、△半錐角和刀頭對板材成形的影響。Martins[16]當前，金屬板料單點增量成形領(lǐng)域關(guān)于摩擦的相關(guān)研究較少。Azevedo[17]等人通過研究AA1050鋁板和DP780鋼板的摩擦潤滑，初步發(fā)現(xiàn)選擇適當?shù)臐櫥瑒┛梢杂行岣叱尚渭谋砻尜|(zhì)量和精度，有利于提高成形的表面質(zhì)量。Durante等人采用兩種類型的工具頭對AA7075鋁合金板料進行成形，通過改變摩擦接觸狀態(tài)研究接觸條件對成形件表面質(zhì)量、成形力和成形性的影響。孫皓亮等[19]改變工具頭尺寸、層進給量等成形參數(shù)以及潤滑方式，研究接觸條件對成形制件表面質(zhì)量的影響。雖然研究者通過改變板料與工具之間的摩擦潤滑狀態(tài)來提高成形件的質(zhì)量，但很少有從工藝參數(shù)對影響的角度進行研究。1.3研究方法及內(nèi)容本課題利用ABAQUS有限元軟件建立考慮摩擦的仿真模型，分析過程中可以得到板料的成形過程、工具頭在加載過程中所得到受力的變化、夾具與板料之間的接觸狀態(tài)等情況，進一步研究摩擦對成形過程成形力、應(yīng)力、應(yīng)變及板料厚度的影響規(guī)律，進而分析單點增量成形的摩擦行為。本文內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下：第一章緒論本章的主要目的是研究單點漸進成形技術(shù)的重要性，并深入了解國內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究背景、研究方向、現(xiàn)狀和意義。同時，我們將介紹本研究所采用的研究內(nèi)容和研究方法，進而引出本研究的意義。第二章有限元技術(shù)本章介紹了有限元的形成原理，從理論上對有限元原理有了初步具體的認識。通過學(xué)習(xí)ABAQUS軟件，掌握ABAQUS軟件的分析方法、網(wǎng)格劃分技術(shù)、材料屬性等方法，為后續(xù)金屬板料單點漸進成形過程中摩擦行為的有限元模擬奠定基礎(chǔ)。第三章單點增量成形過程摩擦行為的有限元建?；贏BAQUS軟件對單點漸進成形過程中的摩擦行為進行有限元建模。本章主要對建模過程中模型的建立、材料屬性的賦予、分析步的選擇、網(wǎng)格類型的選擇以及載荷的施加進行了詳細說明。第四章單點成形過程有限元結(jié)果分析本章主要分析有限元結(jié)果，成形過程中能量變化規(guī)律的影響，通過分析因素，選取合適的網(wǎng)格尺寸，最終分析成形過程中，板料的厚度，板料的位移變化，成形過程中工具頭的受力變化等。第五章摩擦對單點增量成形仿真結(jié)果的影響通過考慮摩擦的單點漸進成形力學(xué)模型得到了不同工況下板料與工具頭之間的摩擦系數(shù)，建立了成形參數(shù)與摩擦系數(shù)的直接關(guān)系。分析了成形力、板料變形、等效應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變的影響。結(jié)合單點漸進成形有限元建模的特點，建立了考慮摩擦狀態(tài)的成形過程有限元仿真模型，研究了摩擦對成形過程的影響。第六章總結(jié)與展望對本論文研究內(nèi)容總結(jié)，分析不足之處并在此基礎(chǔ)上展望本課題的后續(xù)研究方向。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了金屬板料單點增量成形技術(shù)的原理和應(yīng)用，闡述了該技術(shù)在塑性成形領(lǐng)域的應(yīng)用背景，探討了國內(nèi)外單點增量成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀。表明進行金屬單點增量成形的有限元仿真研究，具有重要的指導(dǎo)意義。并且系統(tǒng)地介紹了本文的研究方法和內(nèi)容，為本文的研究工作制定了整體的規(guī)劃。2有限元技術(shù)2.1有限元分析原理有限元法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）是一種數(shù)值分析方法，用于解決連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)和物理問題。它將連續(xù)體分割成離散的有限元單元，通過對每個單元進行近似描述，將原始問題轉(zhuǎn)化為求解代數(shù)方程組的問題。在有限元法中，連續(xù)體被劃分為有限的幾何簡單的單元，如三角形、四邊形或立方體等。每個單元都有自己的節(jié)點和內(nèi)部自由度。通過將單元與相鄰單元連接起來，形成整個連續(xù)體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。有限元法的優(yōu)勢在于它可以處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，并適用于各種物理現(xiàn)象的建模和分析，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)等。它廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，用于設(shè)計優(yōu)化、結(jié)構(gòu)分析、材料仿真和預(yù)測等方面。[20]。金屬板料單點增量成形有限元基本方程：彈塑性力學(xué)對于求解基本問題，需要找到滿足平衡方程、幾何方程、物理方程的應(yīng)力、應(yīng)變值，三維空間下的基本方程如下：平衡方程：在動力條件下，運動方程又被稱為動態(tài)平衡方程。它是在靜力平衡方程的基礎(chǔ)上，考慮了慣性力和阻尼力，并將它們作為物體的物理力的一部分進行計算和建立。對于現(xiàn)實構(gòu)形，物體單位體積的體力為bσ?guī)缀畏匠蹋?本構(gòu)方程：本文采用顯式動力學(xué)進行求解，使用大變形動態(tài)本構(gòu)方程，具體本構(gòu)方程見下文材料屬性部分。2.2ABAQUS軟件介紹ABAQUS軟件是一款功能強大的大型商業(yè)有限元軟件，提供了廣泛的求解范圍，它在結(jié)構(gòu)、電磁、熱等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。ABAQUS軟件內(nèi)置了豐富的單元和材料屬性庫，涵蓋了各種類型的材料。它能夠模擬多種工程功能材料，包括金屬、橡膠、混凝土、復(fù)合材料和巖土等。軟件功能主要包括：（1）靜態(tài)應(yīng)力和位移分析：涵蓋線性、材料非線性、幾何非線性、邊界非線性和斷裂分析?？梢阅M材料受力情況下的應(yīng)力分布和變形情況。（2）動態(tài)分析和粘性分析：用于響應(yīng)分析粘塑性材料，模擬在動態(tài)加載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和變形行為。（3）質(zhì)量擴散分析：用于模擬物質(zhì)的傳輸和擴散過程，例如化學(xué)反應(yīng)、滲透和擴散現(xiàn)象的模擬與分析。（4）熱分析：包括輻射、對流和熱傳導(dǎo)分析，用于模擬熱傳輸、溫度分布和熱應(yīng)力等問題。（5）耦合分析：用于處理多個物理場之間的耦合效應(yīng)，例如熱/力耦合分析、熱/電耦合分析、壓/電耦合分析、流體/結(jié)構(gòu)耦合分析等。（6）非線性動態(tài)位移和應(yīng)力分析：適用于模擬隨時間變化的大位移和非線性接觸分析，能夠考慮結(jié)構(gòu)在動態(tài)加載下的非線性響應(yīng)和變形行為。2.3ABAQUS基本模塊2.3.1ABAQUS/standardABAQUS/Standard模塊廣泛求解線性和非線性問題，是一個通用模塊ABAQUS/Standard提供動態(tài)載荷的并行稀疏矩陣求解器，能過實現(xiàn)多核并行計算，用于各類分析。ABAQUS/Sandard還提供了并行的求解器，主要用于動態(tài)的模態(tài)分析，可以大規(guī)模的提取結(jié)果的模態(tài)特征值[21]2.3.2ABAQUS/ExplicitBAQUS/Explicit是一種用于進行顯式動態(tài)分析的軟件，適用于準靜態(tài)和非線性動態(tài)分析，并具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在處理時間相關(guān)的瞬態(tài)分析時，如沖擊、跌落和爆炸等情況下，ABAQUS/Explicit展現(xiàn)出強大的能力。使用ABAQUS/Explicit，用戶可以模擬和分析復(fù)雜的動態(tài)事件，并研究結(jié)構(gòu)在這些事件中的響應(yīng)和變形行為。例如，可以模擬汽車撞擊、建筑物倒塌以及爆炸等情況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。ABAQUS/Explicit的使用還能夠為工程師提供重要的決策支持。通過對動態(tài)事件的模擬和分析，可以評估結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，優(yōu)化設(shè)計方案，并預(yù)測可能的破壞和失效情況。此外，針對準靜態(tài)問題，比如沖壓工藝中的金屬成形和單點增量成形過程，該軟件能夠有效地處理接觸條件的非線性特性，為工程師提供了準確而可靠的分析工具。ABAQUS/Explicit具備求解域分解的并行計算能力，可用于處理大規(guī)模的計算問題，通過求解域分解的并行計算，ABAQUS/Explicit可以將復(fù)雜的計算任務(wù)劃分為多個子任務(wù)，并在多個計算核心上并行處理，從而提高計算效率和速度。同時，使用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)，ABAQUS/Explicit能夠自動調(diào)整模型的網(wǎng)格，在求解過程中動態(tài)地適應(yīng)模型的變形情況。這有效地解決了在大變形問題中出現(xiàn)的網(wǎng)格畸變導(dǎo)致求解不收斂的困擾。自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)能夠根據(jù)模型的變形情況，自動優(yōu)化網(wǎng)格布局，確保數(shù)值解的準確性和穩(wěn)定性。2.3.3ABAQUS/Explicit的在本文中的應(yīng)用在求解的任意時刻，求解系統(tǒng)都處于平衡狀態(tài)，所以在任意短的時間內(nèi)，系統(tǒng)的各個參量都有明確的數(shù)值，整個求解過程可以相當于一系列近似平衡狀態(tài)組成，這就叫做準靜態(tài)，一般情況下，無限緩慢的沖壓和膨脹的過程稱之為準靜態(tài)，這種狀態(tài)是一種理想化的過程。顯示動力學(xué)ABAQUS/Explicit是動態(tài)求解過程，起初顯示動力學(xué)是為了模擬碰撞和沖擊的過程，其在這些問題上有明顯的優(yōu)勢。在準靜態(tài)問題上，ABAQUS/Explicit也已經(jīng)證明具有很大的價值，ABAQUS/Explicit在求解有些準靜態(tài)問題上比ABAQUS/Standard更加具有優(yōu)勢，由于ABAQUS/Explicit不存在收收斂的問題，所以在求解大型復(fù)雜的非線性接觸問題上一般采用ABAQUS/Explicit求解器，本文模擬單點增量成形的過程，單點增量成形過程可以近似一系列的平衡狀態(tài)，故而采用ABAQUS/Explicit求解器[22]。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了有限元技術(shù)以及ABAQUS軟件，ABAQUS是一種常用的有限元軟件，在單點增量成形過程中具有廣泛的應(yīng)用。它能夠?qū)?fù)雜的材料行為和結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬和分析，提供了對單點增量成形過程中的力學(xué)行為、變形特性和應(yīng)力分布等進行準確預(yù)測的能力。ABAQUS作為一種可靠的有限元軟件，在單點增量成形中的應(yīng)用可以幫助工程師預(yù)測和優(yōu)化板料的成形過程，提高生產(chǎn)效率和成形質(zhì)量，并為工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

3建立單點增量成形有限元仿真模型3.1幾何模型的建立為了簡化建模和計算過程，我們采取了一種簡化方法，將原本相對復(fù)雜的單點漸進成形裝置進行了簡化。通過這一簡化，最終的幾何模型僅由板料、工具頭和上下壓板組成，使得整個過程更加易于理解和操作。上、下壓板和工具頭相較于板料來說更為剛性，為了簡化模型，本研究將上下壓板和工具頭建模為解析剛體。解析剛體不參與計算，無需劃分網(wǎng)格和賦予材料屬性，可以大大節(jié)省模型的計算時間。上下壓板的解析剛體模型如下圖所示。板料尺寸為140mm×140mm，材料為AL1060。工具頭被簡化為半球形，半徑為5mm。上、下壓板的內(nèi)徑均為Φ110mm，外徑為Φ140mm。圖3.1壓板模型圖3.2工具頭模型圖3.3板料模型板料本文采用可變性殼體進行建模，網(wǎng)格可以減少，減少計算成本。根據(jù)文獻可知，單點增量成形采用可變性殼體單元建模較為合理，計算精度相對于采用三維沒有降低。如圖3.4所示，建模完成，對模型進行裝配，圖3.4模型裝配3.2材料參數(shù)用有限元ABAQUS軟件進行分析建模仿真時，需要給幾何模型確定材料屬性是關(guān)鍵性一步。板料單點增量成形過程，主要是通過工具頭軌跡運行對板料的相應(yīng)剪切和拉伸起到的共同作用，由此通過力學(xué)相關(guān)運動分析來得到成形力數(shù)值模擬結(jié)果。本文板料采用的是AL1060材料，其基本材料屬性如表3.1所示表3.1AL1060材料基本屬性表材料屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)密度(Kg/)彈性模量(MPa)泊松比Al10601381452712590000.30通過拉伸試驗?zāi)軌虻玫桨辶螦L1060的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如表3.2所示，提取不同點的應(yīng)力值和應(yīng)變值，得到輸入有限元模型的塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。表3.2材料應(yīng)力應(yīng)應(yīng)力/Mpa應(yīng)變應(yīng)力/Mpa應(yīng)變1601000.12346250.00571180.17944310.011591310.25775440.025071380.34472660.056181440.46396780.078641470.64653830.107281490.799283.3分析步本模型具有較為復(fù)雜的非線性接觸，采用ABAQUS/Explicit求解算法。工具頭每旋轉(zhuǎn)一圈共有三個運動步。（1）工具頭進行下壓，下壓距離即為層間距；（2）工具頭旋轉(zhuǎn)一圈；（3）工具頭向中心靠近。本文設(shè)置層間距為1mm，工具頭旋轉(zhuǎn)30圈，加上退刀，則總共分析步為91步。3.4接觸設(shè)置在ABAQUS的建模過程中，確保準確設(shè)定接觸對并選擇適當?shù)慕佑|形式和接觸算法至關(guān)重要。尤其在單點增量成形過程中，需要明確定義五個關(guān)鍵的接觸面和三個接觸對。這五個接觸面包括板料的上表面、下表面，下壓板的上表面，上壓板的下表面以及工具頭的外表面。這些接觸面之間的接觸行為對于模擬成形過程中的力傳遞和變形起著重要作用。通過準確定義這些接觸面和接觸對，可以模擬真實的工程情況，并獲得可靠的仿真結(jié)果。在定義接觸對時，需要明確選擇主從面。通常情況下，我們將硬度較高或剛性較高的表面定義為主面，而將其他表面定義為從面。這是因為主面具有較高的剛性，主導(dǎo)著接觸力的傳遞和形變，而從面則相對較為柔軟，對主面的形變和壓力響應(yīng)更為敏感。通過明確主從面的選擇，可以更準確地模擬接觸過程中的接觸力分布和應(yīng)力傳遞。此外，在選擇適當?shù)慕佑|形式和接觸算法時也十分重要。不同的接觸形式和算法適用于不同的接觸情況和材料特性。在建模過程中，需要根據(jù)實際情況選擇最合適的接觸形式，例如無窮小接觸、有限接觸、粘著接觸等，并結(jié)合適當?shù)慕佑|算法，如節(jié)點到面法、面到面法等。本文采用了罰函數(shù)法作為面面接觸的接觸算法。夾具和板料之間的摩擦系數(shù)設(shè)為0.2，工具頭和板料之間的摩擦系數(shù)分別設(shè)置為0.107。3.5載荷及運動軌跡設(shè)置為了確保板料在上下壓板之間發(fā)生塑性變形，并避免不必要的變形，需要根據(jù)實際成形過程設(shè)置夾具的邊界條件。首先，對于上壓板和下壓板的轉(zhuǎn)動自由度，需要施加約束，確保它們只能在特定范圍內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)。通過限制轉(zhuǎn)動自由度，板料在變形過程中會受到均勻的壓力，從而避免不必要的形變。其次，對于上壓板和下壓板的平動自由度，也需要進行約束，通過限制平動自由度，可以確保上下壓板保持相對穩(wěn)定的位置，從而保證板料在變形過程中的一致性。此外，為了進一步控制板料的變形，需要采取壓緊措施。通過施加適當?shù)膲毫?，可以限制板料在X、Y、Z方向上的轉(zhuǎn)動。壓緊板料可以確保其在上下壓板間緊密貼合，從而促使塑性變形發(fā)生，同時避免不必要的變形。工具頭做遞進螺旋運動，工具頭運動軌跡分解如下三步：第一步：為了開始加工工件，首先需要將工具頭下壓1mm。這個步驟可以通過控制工具頭的運動，使其與工件接觸并施加所需的壓力。通過適當?shù)南聣壕嚯x，可以確保工具頭與工件之間建立起合適的接觸，為后續(xù)的加工步驟做好準備。第二步：完成下壓后，工具頭開始進行圓周運動。這意味著工具頭繞著工件表面作圓周軌跡的運動。通過控制工具頭的轉(zhuǎn)速、半徑和方向，可以實現(xiàn)不同形狀和尺寸的加工效果。在分析過程中，對工具頭圓周運動而言，其圓周軌跡可以采用x=R?cos(phi)，y=R?sin(phi)的運動軌跡方程，可以得到工具頭的螺旋運動曲線。例如半徑為30mm時，工具頭再x和y方向采用是幅值圖3.5X加載路徑圖3.6Y加載路徑第三步：工具頭朝板料中心點橫向進給1mm。上面三步是一個完整的單圈螺旋運動，總共30圈，加上退刀總共建立91步分析步。3.6網(wǎng)格劃分在建立有限元仿真模型中，選擇合適的單元類型和進行合理的網(wǎng)格劃分是關(guān)鍵步驟。單元類型的選擇應(yīng)綜合考慮部件的幾何形狀、分析類型、模擬結(jié)果的精度需求以及計算硬件資源等因素。同時，合理的網(wǎng)格劃分也十分重要。在進行網(wǎng)格劃分時，應(yīng)考慮模型的復(fù)雜性和計算資源的限制。網(wǎng)格劃分過于精細可能導(dǎo)致計算復(fù)雜度過高，而過于粗糙則可能無法準確描述結(jié)構(gòu)的細節(jié)。確保有限元仿真模型的準確性和可靠性，需注意以下幾點：首先，根據(jù)部件的幾何形狀和材料性質(zhì)選擇適合的單元類型。其次，在網(wǎng)格劃分中，要平衡計算精度和計算資源消耗，考慮網(wǎng)格類型、大小和質(zhì)量。最后，特別關(guān)注網(wǎng)格劃分的合理性，避免出現(xiàn)計算中斷和不可靠結(jié)果。通過綜合考慮這些因素，可以得到精確可靠的仿真結(jié)果。在ABAQUS軟件中，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量對有限元數(shù)值模擬的精度和效率有著直接的影響。在單點增量成形過程中，根據(jù)材料和幾何特征的規(guī)律性，可以簡化網(wǎng)格劃分，僅對板料的各邊進行布種。在選擇網(wǎng)格大小時，需要平衡精度和計算時間的考量，避免網(wǎng)格過大或過小帶來的問題。通過合理的網(wǎng)格劃分，可以提高模擬結(jié)果的準確性，并優(yōu)化計算效率。經(jīng)過多次試驗調(diào)整，網(wǎng)格大小選取1mm，采用的是四變形網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分算法采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格類型為S4R，總單元數(shù)為19600，總節(jié)點數(shù)為19881，板料劃分網(wǎng)格如圖3.7所示。圖3.7網(wǎng)格劃分3.7本章小結(jié)本章詳細描述了ABAQUS用于金屬板料單點增量成形仿真的具體建模過程，包括建立幾何模型、定義材料屬性、設(shè)置分析步和接觸屬性、網(wǎng)格劃分和施加載荷以及設(shè)置邊界條件。通過上述建模過程，ABAQUS能夠?qū)吸c增量成形過程進行準確的數(shù)值模擬，屬于ABAQUS前處理內(nèi)容，將為下文的后處理分析提供支持。4單點增量成形過程有限元結(jié)果分析4.1金屬板單點增量成形過程中板料的厚度變化工具頭做螺旋回轉(zhuǎn)運動過程中，金屬板料的厚度隨運動圈數(shù)的增加不斷減小，本文選取第2圈，第8圈，第16圈和最后一圈，提取板料的厚度云圖如圖4.1-4.4所示。圖4.1第2圈板厚云圖圖4.2第8圈板厚云圖圖4.3第16圈板厚云圖圖4.4最后一圈板厚云圖由上圖可以看出，板厚首先再沒壓縮時候是1mm，再運動第8圈時，板厚變?yōu)?.73mm，再第16圈時，板厚為0.60mm，最后板厚為0.59mm，單點增量成形過程中，隨著工具頭的壓入和螺旋運動，在開始成形的前幾圈，板厚減小的速度快，隨著工具頭繼續(xù)螺旋運動，板料厚度保持減小，但是變化速率降低。4.2金屬板單點增量成形過程中板料的位移變化工具頭在做螺旋運動過程中，板料不斷發(fā)生位移，本文選取工具頭旋轉(zhuǎn)第2圈，第8圈，第16圈，最后一圈，提取板料的位移云圖如圖4.5-4.8所示。圖4.5第1圈位移云圖圖4.6第8圈位移云圖圖4.7第16圈位移云圖圖4.8最后一圈位移云圖由圖可以看出，板料在工具頭旋轉(zhuǎn)第2、第8、第12、最后一圈的位移變化分別為2.84mm、8.67mm、16.63mm、31.67mm，工具頭在做螺旋運動過程中，板料進行逐圈的下壓運動，板料的位移變化與工具頭的路徑具有一致性，根據(jù)云圖，可以反推到工具頭的運動路徑。4.3金屬板單點增量成形過程中工具頭的受力變化工具頭與板料之間存在摩擦和相互作用力，研究單點增量成形工具頭的受力規(guī)律可以延長工具頭使用壽命有很大的幫助。經(jīng)過對有限元結(jié)果的分析，提取板料成形過程中，工具頭Fx、Fy、Fz三個方向的受力情況，如圖4.9-4.11所示。圖4.9成形過程中工具頭Fx變化曲線圖4.10成形過程中工具頭Fy變化曲線圖4.11成形過程中工具頭Fz變化曲線根據(jù)圖可以看出，在單點增量成形過程中，工具頭的Fx、Fy呈現(xiàn)周期性變化，其變化周期頻率與工具頭螺旋變化頻率相同，振幅在運動過程中變化很小，頻率與工具頭螺旋頻率一致為1/PI，振幅為500N。工具頭運動過程中，F(xiàn)z基本沒有發(fā)生變化，其值在1000N附近來回震蕩，但是在工具頭變化圈數(shù)過程中，工作頭有一個較大的跳躍，這是由于變化圈數(shù)后出現(xiàn)了一個瞬時接觸。4.4金屬板單點增量成形過程中能量變化規(guī)律在ABAQUS中提取成形過程中外部對系統(tǒng)做工的變化規(guī)律如圖4.12所示，系統(tǒng)內(nèi)能如圖4.13所示，由圖4.12可知，外部對系統(tǒng)做工越來越大，但是功率越來越小。在起始階段，外部對系統(tǒng)做工功率最大，然后變小至基本不變，再到變小的一個過程。系統(tǒng)內(nèi)能增加變化曲線與圖4.12一致，但是大小有差異，可以看出，在成形過程中，外部對系統(tǒng)做工不是只是一部分用于板料成形，很大一部分是摩擦耗能，故而在成形過程中，減小板料與工具頭之間的摩擦可以提高成形效率。圖4.12外部對系統(tǒng)做功變化曲線圖4.13系統(tǒng)內(nèi)能變化曲線4.5本章小結(jié)本章主要是通過金屬板料單點增量成形過程的仿真結(jié)果進行分析，得到單點增量成形過程中板料厚度的變化、板料位移的變化、工具頭受力的變化，以及分析過程中的能量變化，可以比較直觀的看出單點增量成形過程的規(guī)律，然后通過對比板厚、材料對單點增量成形的工具頭受力和位移變化可以看出，單點增量成形方法適應(yīng)于板厚不是越大或者越小的制造工藝，選擇合適的板厚，有利于避免材料成形的缺陷，對得到精度較好的成形十分有利。5摩擦對單點增量成形仿真結(jié)果的影響5.1單點增量成形過程中摩擦系數(shù)的研究在單點增量成形過程中，板料的種類、工具頭直徑、層進給量、板料初始厚度以及成形角等工藝參數(shù)對摩擦系數(shù)的影響較大，不同參數(shù)的影響效果如下：（1）當工具頭直徑增大時，可以顯著降低摩擦系數(shù)。首先，增大工具頭直徑可以改善接觸區(qū)域的分布，使壓力更加均勻分布于整個接觸面上。這有助于減少局部高壓區(qū)域的形成，從而降低了材料的變形應(yīng)力和不均勻性。首先，增大工具頭直徑可以改善接觸區(qū)域的分布，使壓力更加均勻分布于整個接觸面上。這有助于減少局部高壓區(qū)域的形成，從而降低了材料的變形應(yīng)力和不均勻性。首先，增大工具頭直徑可以改善接觸區(qū)域的分布，使壓力更加均勻分布于整個接觸面上。這有助于減少局部高壓區(qū)域的形成，從而降低了材料的變形應(yīng)力和不均勻性。（2）相對于板料的初始厚度而言，對平均摩擦系數(shù)的影響是微小的。增加初始板厚會導(dǎo)致成形力的增加，同時稍微增加接觸區(qū)域的面積，因此會稍微提高平均摩擦系數(shù)，然而，這個影響相對較小。（3）隨著成形角度的增大，平均摩擦系數(shù)會發(fā)生一定程度的增加。這是因為成形角度的增大會導(dǎo)致接觸區(qū)域的面積增大，使得工具頭在運動時與金屬材料之間的接觸面積增加。這進一步導(dǎo)致更多的金屬材料發(fā)生變形，從而增強了粘著剪切效應(yīng)。由于接觸面積增大，金屬材料與工具頭之間的粘著剪切效應(yīng)變得更加明顯。這意味著在接觸界面上，金屬材料更容易發(fā)生粘附和相對滑動。這種粘著剪切現(xiàn)象導(dǎo)致了摩擦力的增加，進而導(dǎo)致平均摩擦系數(shù)的增大。（4）對于層進給量其變化規(guī)律和板料初始厚度類似，當層進給量增大時，接觸區(qū)域受到更高的壓力，因為更多的材料被推擠并發(fā)生變形。這增加了材料之間的粘結(jié)作用，使接觸界面上的相對滑動更加困難。由于粘結(jié)現(xiàn)象的增加，摩擦力也會相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致平均摩擦系數(shù)的增大。通過建立考慮摩擦的有限元仿真模型，研究了摩擦對單點增量成形過程的影響。在仿真模型中，我們考慮了摩擦的影響因素，通過調(diào)整摩擦系數(shù)，我們模擬了不同摩擦條件下的成形過程，從而定量評估了摩擦對成形力的影響程度。此外，我們還關(guān)注了等效塑性應(yīng)變和等效塑性應(yīng)力這兩個參數(shù)，它們反映了材料在成形過程中的變形程度和應(yīng)力狀態(tài)。通過分析摩擦系數(shù)對這些參數(shù)的影響，我們深入了解了摩擦在單點增量成形過程中的作用機制。這些研究結(jié)果對于優(yōu)化單點增量成形工藝、提高成形質(zhì)量和推動技術(shù)發(fā)展具有重要意義。本文通過在單點增量成形過程中使用不同的成形參數(shù)來模擬具有不同摩擦系數(shù)的成形過程，工藝參數(shù)分別選擇如下表四種組合，對應(yīng)的摩擦系數(shù)從表中查詢可得：表5-1不同工藝對應(yīng)的摩擦系數(shù)工藝工具頭直徑D(mm)金屬板厚H(mm)成形角α(°)層進給量Z(mm)摩擦系數(shù)1161450.50.06221014510.1073101451.50.1684414510.1985.2摩擦對成形力的影響通過使用ABAQUS軟件，我們可以直接獲取成形過程中板料所受的摩擦力合力。采用不同的成形參數(shù)組合時，摩擦力隨時間的變化規(guī)律如圖5.1所示。從圖中可以觀察到，不論采用何種工藝，摩擦力都經(jīng)歷了一個逐漸增大并最終穩(wěn)定的過程。選擇具有較高摩擦系數(shù)的成形工藝參數(shù)組合將導(dǎo)致整個成形過程中的摩擦力增加。例如，采用工藝1時，摩擦力在約30N左右波動，而采用工藝4時，摩擦力在約120N左右波動。這些觀察結(jié)果表明，摩擦力受到成形工藝參數(shù)的影響，并且不同的成形參數(shù)組合會導(dǎo)致不同的摩擦力水平。摩擦力的增加可能會增加板料的形變和應(yīng)力，對成形過程產(chǎn)生影響。圖5.1不同工藝成形過程中摩擦力隨時間變化曲線如圖5.1和5.2所示，不同成形參數(shù)下工具頭在水平方向的成形力Fx、Fy有同樣的變化規(guī)律，從圖中可以看出摩擦系數(shù)越大水平力FY的峰值越大，采用工藝1時FY在50N左右波動，采用工藝4時FY則在1圖5.2不同工藝成形過程中水平力FX隨時間變化曲線圖5.3不同工藝成形過程中水平力FY隨時間變化曲線根據(jù)圖5.3顯示的結(jié)果，不同工藝下軸向力Fz的變化規(guī)律與水平力Fx的變化趨勢一致。較大的摩擦系數(shù)會導(dǎo)致軸向力Fz增加。例如，在采用工藝1和工藝4時，軸向力Fz分別在約200N和700N附近波動。通過與水平力的變化趨勢進行比較，可以發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)對水平方向成形力的影響程度大于對軸向成形力的影響程度。這意味著摩擦系數(shù)對水平方向成形力的變化起到更為顯著的作用。這些研究結(jié)果強調(diào)了摩擦對成形過程中水平方向和軸向方向成形力的重要影響。了解不同工藝參數(shù)下的成形力變化規(guī)律，特別是與摩擦系數(shù)相關(guān)的變化，有助于優(yōu)化單點增量成形過程，并提高成形過程的穩(wěn)定性和效率。圖5.4不同工藝成形過程中軸向力FZ隨時間變化曲線5.3摩擦對板料變形的影響單點增量成形時，金屬板料的位移隨著加工進程的推進不斷增大，如圖5.5~5.8所示，通過提取四種不同工藝下的板料厚度變化云圖，發(fā)現(xiàn)在摩擦系數(shù)越大的工藝條件下，板料的最終成形厚度越小，然而差距并不明顯。圖5.5工藝1板料厚度變化 圖5.6工藝2板料厚度變化圖5.7工藝3板料厚度變化圖5.8工藝4板料厚度變化5.4摩擦對等效應(yīng)力的影響根據(jù)圖5.9至5.12所示的結(jié)果，我們觀察到在不同成形參數(shù)下，等效應(yīng)力在板料中的分布情況。進一步分析四組成形參數(shù)對應(yīng)的等效應(yīng)力最大值（分別為136.8MPa、139.7MPa、141.6MPa和145.8MPa），我們發(fā)現(xiàn)隨著摩擦系數(shù)的增大，等效應(yīng)力的最大值也相應(yīng)增加。此外，我們還注意到最小值的變化更加顯著。這種變化可以歸因于較大的摩擦導(dǎo)致金屬材料流動的不均勻性。由于流動不均勻，金屬材料易于出現(xiàn)應(yīng)力集中和不均勻分布的情況，從而導(dǎo)致等效應(yīng)力的增加。摩擦系數(shù)的增大對成形過程中的金屬流動性產(chǎn)生顯著影響，使得等效應(yīng)力呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的分布特征。因此，摩擦系數(shù)的增大對于等效應(yīng)力的最大值產(chǎn)生了顯著影響，并且對于等效應(yīng)力的最小值也具有較為明顯的變化。這些結(jié)果突出了摩擦對于單點增量成形過程中等效應(yīng)力分布的重要性。圖5.9工藝1板料等效應(yīng)力云圖圖5.10工藝2板料等效應(yīng)力云圖圖5.11工藝3板料等效應(yīng)力云圖圖5.12工藝4板料等效應(yīng)力云圖5.5摩擦對等效塑性應(yīng)變的影響在塑性成形中，等效塑性應(yīng)變常被用來描述材料在屈服后的應(yīng)變狀態(tài)。研究顯示，圖5.13至5.16呈現(xiàn)了不同成形參數(shù)下等效塑性應(yīng)變的不均勻分布。進一步觀察揭示了較大摩擦系數(shù)引起整體等效塑性應(yīng)變的增加。這一現(xiàn)象可歸因于摩擦系數(shù)的增大，使得材料流動受到更強的阻力，導(dǎo)致材料堆積和應(yīng)變增加。單點增量成形是逐層擠壓板料的過程，依靠積累微小的塑性應(yīng)變來實現(xiàn)目標形狀的成形。然而，較大摩擦系數(shù)使內(nèi)外表面的等效塑性應(yīng)變均增加，表明較差的接觸條件會加大內(nèi)外表面等效塑性應(yīng)變之間的差異。圖5.13工藝1料等效塑性應(yīng)變云圖圖5.14工藝2板料等效塑性應(yīng)變云圖圖5.15工藝3料等效塑性應(yīng)變云圖圖5.16工藝4料等效塑性應(yīng)變云圖5.6本章小結(jié)本章主要研究了在金屬單點增量成形的過程中，不同摩擦對仿真結(jié)果的影響。的板料厚度、層進給量、工具有直徑、和成形角度的差異組合，形成了工具頭和板料之間各不相同的摩擦系數(shù)，選取其中四種具有代表性的工藝組合進行摩擦仿真建模。通過分析仿真結(jié)果可知，對于摩擦系數(shù)越大的工藝組合來說，相應(yīng)的摩擦力、工具頭所受X、Y和Z方向的成形力、等效應(yīng)力以及等效塑性應(yīng)變都是最大的，變化趨勢較為相似。

6總結(jié)及展望6.1總結(jié)單點增量成形技術(shù)是一種基于“分層制△造”概念的新穎板料塑性成形方法。與傳統(tǒng)的板料模具成形相比，該技術(shù)克服了柔性差、產(chǎn)品開發(fā)周期長以及設(shè)備維護費用高等問題，滿足了現(xiàn)代企業(yè)對多批次、小批量、快速響應(yīng)的需求。通過和數(shù)控技術(shù)的結(jié)合、有限元軟件的連結(jié)及有限元軟件仿真模擬?？梢杂行У牡贸鲎罱K實驗結(jié)果數(shù)據(jù)，有效的模擬破損、爆破等材料需求。通過模擬就可得出材料極限邊界。這一系列的優(yōu)勢，非常滿足現(xiàn)代工業(yè)多樣化、個性化、經(jīng)濟化及再循環(huán)的要求。本文設(shè)計了工具頭、板料、上下壓板的幾何模型進行裝配，建立了單點增量加工的真實過程，進行有限元軟件進行仿真后，得出成形過程中成形力、應(yīng)力、應(yīng)變的分布規(guī)律和板厚分布規(guī)律，通過數(shù)值模擬和理論推導(dǎo)來探究成形力。最終結(jié)果表明：金屬板料單點增量成形過程中位移的變化、版后的變化和工具頭受力的變化?？梢酝ㄟ^云圖的展現(xiàn)直觀的看出單點增量成形過程的規(guī)律。通過以上的規(guī)律，我們得到了成形不同時刻的不同成形狀態(tài)，選擇合適的板厚，有利于避免材料成形缺陷，對較好的存在高精度的成形有利。6.2展望通過對不同摩擦模型下的單點增量有限元仿真結(jié)果進行分析，對成形過程中的摩擦行為進行了進一步研究。然而，本文的仿真模型存在一些不全面的考慮，未考慮溫度和摩擦熱效應(yīng)對板料成形的影響，并未定義熱生成屬性，溫度始終被設(shè)定為室溫，然而，板料與工具頭接觸區(qū)域的溫度會因摩擦而升高，這將對工件的加工產(chǎn)生影響。此外，未考慮材料的非線性變形行為和材料的動態(tài)效應(yīng)。在實際的單點增量成形過程中，由于材料的非線性本質(zhì)和變形行為，溫度的變化和摩擦熱效應(yīng)可能導(dǎo)致材料的塑性行為發(fā)生變化。此外，由于加工速度和變形速率的不斷變化，材料的動態(tài)效應(yīng)也可能對成形過程產(chǎn)生重要影響。因此，為了更準確地描述單點增量成形過程，未來的研究應(yīng)該綜合考慮這些因素。參考文獻[1]劉華，江開勇，劉斌.金屬塑性加工新技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].模具行業(yè)，2010，36（9）：5-9.[2]崔震，高霖，盧啟建.復(fù)雜鈑金零件漸進成形方法[J].機械工程學(xué)報，2007，43（12）：235-239[3]李穎超，李敬勇.鈦材料單點漸進成形工藝數(shù)值模擬分析[J].熱加工工藝，2013，42（5）：130-131，134[4]史曉帆.金屬板料漸進成形精度控制技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2003.[5]姚梓萌,李言,楊明順,等.錐形件單點增量成形過程應(yīng)變狀態(tài)研究[J].機械科學(xué)與技術(shù),2016(12):1871-1876.[6]李軍超，毛峰，周杰.板材單點漸進成形工藝數(shù)值模擬與成形缺陷模擬研究[J].熱加工工藝，2010，39（5）：71-75.[7]張國新，戴京東.金屬板料單點漸進成形變形控制方法[J].鍛壓技術(shù)，2013，38（6）：28-31.[8]韋紅余，胡銘明，高霖.圓錐形漸進成形件成形精度研究[J].機械工程學(xué)報，2010，46（9）：193-198