一家专注流体压力成形技术
【作 者】曹克;赵亦希
【前 言】
金属板材增量成形技术是一种无模柔性成形技术，相较于传统成形方法，增量成形通过局部塑性变形的不断累积，用分层制造的思想实现复杂板材零件的成形。已有大量学者对于增量成形的机理、各工艺参数对成形过程的影响、成形精度控制、成形力的变化规律等方面开展了研究。
成形力在单点增量成形过程中会影响成形精度，零件表面质量和成形极限，成形力过大，工具头接触区域以外的板料整体变形明显，成形精度降低，同时工具头与板料间压强增大，旋转的工具头会剥离零件表面的材料，降低零件表面质量。Aeren、等通过实验归纳得到了增量成形力预测的经验公式川。C. Henraid等通过实验对Aeren、的经验公式进行验证，并进行了单点增量成形过程进行有限元仿真[2]。J.Duflou,Bagudanch I等通过实验，研究了不同工艺参数对成形力的影响[3-5]。Li Y、周六如等考虑了局部材料的拉伸、剪切及弯曲，对成形力进行理论推导[6-8]。 Wang J, Belchior J,李鹏阳等利用有限元软件模拟了圆台和方锥零件的成形过程，并进行实验验证[9-11]。成形力的准确预测可以帮助增量成形试验台的搭建以及夹具设计。但是，目前增量成形仿真大多采用壳单元进行计算，无法考虑厚向剪切，可能造成成形力预测不准确。另外，针对不同材料和加工条件，有限元仿真需选择合适的材料属性描述大应变情况下的变形。
本文通过实验和有限元仿真研究AA5754铝板增量成形过程中轴向成形力Fz的变化规律。首先通过实验测得成形过程中轴向成形力的变化曲线。然后在Abaqus中，使用不同的硬化准则和单元类型对侧壁成形过程进行仿真，将轴向成形力仿真结果与实验值对比，获得能够准确预测AA5754大成形角工况下轴向成形力的仿真模型。基于该有限元模型，研究不同参数条件下轴向成形力Fz的变化规律，并选择影响较大的参数，获得参数与轴向成形力间的定量关系。
【结 论】
（1）进行了十字锥台零件成形实验，成形过程中，外侧壁会首先达到稳定值750 N，而十字拐角处轴向成形力较晚达到稳定，且稳定后比外侧壁小18%。外侧壁加工时板料整体变形小，更能体现增量成形局部塑性变形的特点。
（2）使用voce硬化准则和实体网格单元进行仿真，较为准确的预测成形过程中的轴向力，仿真得到的轴向成形力与实验值的误差约为12.3%。
以下是正文：
