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单点渐进成形原理IDMEC，研究所高级Tecnico，TULisbon，葡萄牙机械工程学系，丹麦技术大学，丹麦摘要：本文介绍了完整的单点渐进成形的基本原理理论分析模型，解释了过去几年里文献中实验和数值结果的可信性。
该模型是基于平面内双向接触摩擦的膜分析，以单点渐进成形过程中发现的极端的变形方式重点。
本文全部的研究都来自作者的实验，数据来自检索到文献。
关键词：金属薄板成形性能单点渐进成形1.简介单点渐进成形（SPIF）是一种具有高潜力应用的快速原型制造和少量生产经济收益的新型板材成形工艺。
图1介绍了该进程的基本组成部分：（i）金属板坯料，（ii）压板（iii）垫板及（iv）单点旋转成形工具。
该压板是单点渐进成形工艺中用来夹紧和夹住工作板的。
该垫板支持支撑板料其开口确定了单点渐进成形工具的工作区域。
该工具是用来逐步将板料成形为一个工件，其路径是由数控加工中心产生。
在成形工艺中有没有备份模具支撑板料的背面。
大多数关于SPIF的研究结果与工艺的应用和成形极限有关。
到目前为止，研究得出结论认为该工艺的成形性可由四个主要参数来决定[1]：（i）板材厚度，（ii）轴向进给量，（iii）速度（包括转速和进给速度）及（iv）成形工具半径。
第一个参数的影响通常解释为正弦定律。
关于第二个参数，一般认为成形性随着轴向进给量的增大而减小，但是由Ham和Jeswiet （文献[2]）提供的新的结果似乎表明，轴向进给量本身对成形性影响不大。
众所周知，成形工具的速度影响成形性，因为其直接影响成形工具与板料间的摩擦条件。
较小成形工具的半径可以具有更好的成形性，这是由于成形工具下方的板料变形区域存在应变集中。
较大的刀具半径往往使应变分布在一个更为广泛的区域，使这一工艺类似于传统的冲压工艺。
虽然Jeswiet（文献[1]），Fratini（文献[3]）和Allwood（文献[4]）等人不仅对SPIF作出了重大贡献，而且在其他方面（如工业应用的发展和更好地表征进程中的成形极限）也有很多贡献，但是变形的机制仍然鲜为人知。
word中文摘要单点渐进成形是在数控机床上通过计算机程序控制形状简单的成形工具，利用其沿着垂直方向的进给以与水平方向的运动轨迹逐层形成板类件的三维包络面，从而实现金属板料连续局部塑性成形的加工方法，在板类件成形领域有着广泛的应用前景。
这种成型方式是一种具有高潜能的经济收益，快速的原型应用以与小批量生产特点的新型薄板成型方式，并且为形状复杂的板类件成形开辟了一条新路。
本文讨论了单点渐进成形的原理，以与当今社会对单点成型的研究动态。
在此根底上学习了液压缸设计的一些内容。
通过利用液压传动达到夹紧工件的目的，从而实现单点渐进成形加工和生产的一体化。
在此过程中，通过学习和实践，掌握了液压缸的工作原理，并且对液压传动有了一个本质的认识，这在今后的学习中对作者将会有很大的帮助。
关键词：单点渐进成形薄板成型液压缸液压传动AbstractSingle point incremental forming is a processing method，which utilizes puter program to control the simple shape of forming tool in the numerical control machine，using the feed motion along the vertical direction as well as the trajectories of horizontal layers to form three-dimensional pieces of sheet metal，thereby achieving metal sheet the local continuous plastic forming，so it has a wide prospect of application in the field of sheet metal forming.This forming is a new sheet metal forming process with a high potential economic payoff for rapid prototyping applications and for small quantity production，which cuts a new road for plex shape of sheet.This article discusses the principle of Single point incremental forming，as well as the dynamic study for the single point forming in today's society.On this basis，the author studies the contents of hydraulic cylinder design.Through the using of fluid drive，this device achieves the intention of clamping the workpiece，thereby achieving the single point incremental forming process and the integration of production.In this process，through learning and practice，the author masters the working principle of hydraulic cylinder，and has a nature understanding to fluid drive，which will give author a great helpin the future.Keywords: Single point incrementalforming Sheet metal forming Hydraulic cylinder Fluid drive目录目录4绪论6第一节、本课题国内外研究动态6、单点渐进成形的特点61.2.单点渐进成形的国内外研究动态6第二节、研究的根本内容，拟解决的主要问题8、本文研究主要内容8第三节、液压转动的特点9、液压传动的优点9、液压传动的缺点9第一章液压缸设计10第一节、液压缸各局部零件的材料、公差以与热处理101.1 液压缸零件10、缸体10、活塞杆10、端盖10、轴套11、半圆环11、半圆环活塞11第二节、液压缸的密封装置11、密封装置的类型11、间隙密封11、接触密封12、密封元件的常用材料12、常用密封元件的结构和性能13、O形密封圈13、Y形密封圈14、V形密封圈14、鼓形和蕾形密封圈15、活塞环15、防尘密封圈16第三节、液压缸的主要参数与设计计算17、机构尺寸与形式17、实际工作时输出力17、单杆活塞式液压缸和柱塞式液压缸的推力F117、单杆活塞式液压缸拉力F218、液压缸的输出速度18、单杆活塞式液压缸活塞外伸时速度19单杆活塞式液压缸活塞缩进时的速度19、根本尺寸20、缸筒壁厚20、液压缸缸底厚度21、缸体中部与底部联结法兰的厚度21、端盖法兰的厚度22第四节、最小导向长度H23第二章强度校核25第一节、液压缸局部校核25、法兰与下压板接触面的挤压应力25、法兰过度局部25、缸底强度计算28、筒壁局部28第二节、普通螺纹预紧与其强度校核31、底板上内六角螺钉的强度校核与其预紧力确实定35、缸体底部法兰和缸盖螺纹连接强度校核与其预紧力确实定36 第三节、立柱预紧和计算37第四节、立柱螺母的设计与强度计算39第五节、上、下压板的刚度计算42、上压板刚度计算42、下压板刚度计算44结论47致谢48参考文献49绪论第一节、本课题国内外研究动态1.1、单点渐进成形的特点单点渐进成形是以计算机为主要手段实现板料成形，具有以下一些特点：1）实现板料柔性成形不需要传统的对合模具或仅采用简单凸模就可以通过数控设备加工出成形极限较大、形状复杂的板类件，可实现规X成形，大大提高成形质量。
金属板料渐进成形专利技术分析作者：易明军贾晓雪来源：《科学与技术》2018年第26期摘要：板材数字化渐进成形技术具有无需专用模具、可提高板材成形极限、可用于加工变形程度大、形状非常复杂的板材零件、易于实现板材成形自动化等特点，适用于小批量、多品种、难成形的钣金件加工。
本文通过对金属板料渐进成形的专利申请从申请年度分布、技术原创国分布、申请目标国分布进行了分析，并列出国外和国内的主要申请人，分析了金属板料渐进成形的技术演进过程，为熟悉的金属板料渐进成形提供一些参考。
关键词：渐进成形；增量成形；逐次成形一、渐进成形简介金属板材渐进成形是引入快速原型制造技术（rapid prototyping）的分层制造（layered manufacturing）的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向离散成许多断面层（即分解成一系列等高线层），并生成各等高线层面上的加工轨迹，成形工具在计算机控制下沿该等高线层面上的加工轨迹运动，使板材沿成形工具轨迹包络面逐次变形。
渐进成形包括两种方式，即正向成形（双点渐进成形TPIF）和反向成形（单点渐进成形SPIF），如图1、2所示，从图中可见，正向成形在与工具头相对的一侧设置有支撑模型，工具头对板料位于支承模与夹具之间的部分加压，同时夹具与工具头同向运动，从而在板料上形成凸起；而反向成形时，夹具固定不动，工具头对板料位于夹具之间的部分加压，从而在板料上形成凹腔。
负成形可以成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单的夹具，板料由夹具夹紧，然后成形工具头按设定好的程序实现分层加工，每加工一层，成形工具头便下降一定距离，进行第二层的加工，如此直至结束，在加工过程中夹具夹紧板料始终不动。
反向成形及板料成形角原理示意图如图1所示。
形状复杂的零件要用正向成形的方法。
在正向成形方法中，需要支撑模型，支撑模型的形状要与所成形的零件的形状一致，这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别，支撑模型的精度要求不是很高，并且材料的选择比较灵活。
无模成形技术简介1.引言无模成形是以计算机为主要手段，利用多点成形或增量成形的方法，实现板料的无模具塑性成形的先进智能化制造技术。
金属板料成形在制造业中有着十分重要的地位，该技术广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件和家电等生产行业，但传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。
而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。
为此，国内外许多学者都在致力于板料塑性成形新技术的研究，努力实现金属板料快速高效的柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。
2.研究概况国内外许多学者都对板料塑性成形新技术进行了大量的研究，从无模多点成形和数字化渐进成形到喷丸成形、爆炸成形、激光热应力成形和激光冲击成形等，并取得了一定的成果。
2.1 无模多点成形无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载单元（基本群体）形成离散曲面，来替代传统模具进行三维曲面成形的方法，是一种多点压延加工技术。
此法特别适合于多品种小批量生产，体现了敏捷制造的理念。
目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。
与传统模具成形方法相比，其主要区别就是他具有“柔性”，可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态，从而改变被成形件的变形路径及受力状态，以达到不同的成形效果。
图2-1 为传统模具成形与多点成形的比较。
图 2-2 为多点模具成形的过程。
图 2-1 模具成形与多点成形的比较图 2-2 多点模具成形过程20 世纪 70 年代，日本造船界开始研究多点成形压力机，并成功应用于船体外板的曲面成形。
此后许多学者为开发多点成形技术进行了大量的探讨与研究，制作了不同的样机，但大多只能进行变形量较小的整体变形。
吉林大学李明哲等人对无模多点成形技术进行了较为系统的研究，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，2002 年底，李教授组建了产学研实体：长春瑞光科技有限公司。
类型多样的金属板材无模成形技术1.金属板材无模成形简介金属板材无模成形是指使用非模具的成形工具强迫金属板材发生渐进的塑性变形，最终得到所需零件的加工方法。
由于市场需求的多样化，机械和控制技术的进步，促使金属板材无模成形有了较快的开展，国内外许多企业学者进展了大量的研究。
目前比拟典型的板材无模成形方法有成形锤渐进成形、旋压成形、多点成形和数字化渐进成形等。
通过不同的板材成形方法来了解各种成形技术的开展及其优缺点。
2.无模成形的类型及特点2.1CNC成形锤渐进成形法[1]该方法使用刚性冲头和弹性下模，对板材各局部区域分别打击成形，逐步成形为所需形状的加工工艺。
成形锤渐进成形法成形方法简单，成形速度较快，但是该技术只能成形形状比拟简单的工件，而且成形后留下大量的锤击压痕点，影响制品的外表质量，因而还必须进展后续处理。
成形锤渐进成形示意图2.2喷丸成形[2]喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板材的一个外表，使受撞击外表及其下一层金属产生塑性变形，导致面内产生剩余应力，在此应力作用下逐步使板材到达要求外形的一种成形方法。
目前其主要应用在航空航天领域，如波音和空中客车等飞机制造公司在其现代客机的生产中，都已采用了喷丸成形方法。
喷丸成形的主要优点：〔1〕零件长度不受喷丸成形方法的限制，现代飞机蒙皮零件的长度已达32 m，假设采用其他方法，设备投资将急剧增加；〔2〕工艺装备简单，无需成形模具，只需简单的夹具，准备周期短，固定投资少；〔3〕在进展成形的同时，可对板料起到强化作用；〔4〕可对变厚度的板料进展成形；〔5〕既可成形单曲率外形，又可成形双曲率外形，如机翼上下气动弯折区或非直母线区。
A380飞机超临界外翼下翼面整体壁板长度30余m、厚度30余mm，是迄今采用喷丸成形技术所获得的长度最长、厚度最大的构件，代表了国际喷丸成形工艺技术的最新成果。
2.3 旋压成形[3-5]旋压成形是一种将金属坯料装在芯模的顶部，旋轮通过轴向运动和径向运动，使旋转坯料在旋轮滚压作用下产生局部连续塑性变形，最终获得所要求的薄壁回转体零件的塑性加工方法。
（３）该技术是对板材局部加压，变形连续积累而达到整体成形，具有变形工艺力小，设备小，投资少；近似于静压力、振动小、噪音低，可以成形其他技术无法成形的零件。
（４）易于实现自动化，三维造型，工艺规划，成形过程模拟、成形过程控制等过程全部采用计算机技术，实现ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ一体化生产，是一项很有发展前途的先进制造技术。
但到目前为止该技术还限于实验室研究阶段，而且大多数仅限于研究轴对称零件，零件形状简单，有关基础理论的研究还没有展开。
日本的ＡＭＩＮＯ公司制造出样机，但缺乏相应的成形基础研究，缺乏基于成形理论的控制软件。
除了同本（和我国华中科技大学）有少量报道［”】，国内外还没有作广泛研究。
图１．２日本ＡＭＩＮｏ公司所开发的一种样机圈１．３数字化无模渐进成形加工的薄壳类样件目前国内华中科技大学快速成形中心也已经开发出样机，如图１．４所示，１．４板材单点渐进成形样机图１．５成形的样梓ＡＮＳＹＳ／Ｌ￥＿ＤＹＮＡ是全缴界范围连最知名的有限元显式求解程序。
程序翼：发的最初稿的是为北约组级的武器结构设计、防护结构服务，是该组织的ＰｕｂｌｉｃＤｏｍａｉｎ程序，后来巍驶化后广泛传揆剔世爨各地的研究机构和大学。
从理论肇口算法蕊言，ＬＳＤＹＮＡ怒嗣前所有的显式求解程序的弊租和理论基础。
经过多年豹发展，ＬＳＤＹＮＡ已经成为功能最丰寓、应用领域最广、全球用户最多的有限元显式求勰程序。
ＡＮＳＹＳ／Ｌ￥ＤＹＮＡｔ２７１１２８］ｆ２９】的应用领域是：各种爆炸过程仿真、高速弹丸对板靶的穿翠模拟、离速碰潼模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故簪｝起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全惜的可靠性分析）、零件制造（冲逶、锻压、铸造、挤压、礼制、越塑性成形等）、机械部件的运动分析、建筑物的地震设计、罐状容器的设计、生物医学工程等这些高度非线性复杂瞬态动力学闯题。
·高发非线性瞬态动力分析高速大整碰撞分辑·复杂运动学分析爨１。
学术研讨127在现阶段的板材加工技术中，无模成形技术得到了广泛重视，应用也越来越普遍，这种加工成形技术是对于传统模具成形技术的升级，渐进成形技术更加适用于小批量、多品种的工件加工，对于一些行业的多样化零件需要能够提供个性化的服务。
目前金属板材的单点渐进成形技术应用中还有一些不足和问题，针对实际加工中的工艺参数的选择，对于成形加工中的破製问题的避免，这些都需要解决，在相关的物理实验中，一般很难直接获取成形加工中相应的压应力、应变力等数据，多是通过间接测量来掌握一些局部数据的，无法为渐进加工过程提供精准的数据参考和变形机理，对此尝试通过使用有限元数值模拟来实现，能够有效解决这一问题，将其应用到渐进成形机理的研究中，能够对于板材成形工艺效果进行有效提升。
金属板材单点渐进成形数值模拟及机理探讨◊池州职业技术学院孙亮罗佳1金属板材单点渐进成形原理金属板材的渐迸换主要是通过将分层制造以及快速原型制造技术结合起来，通过在三维立体模型中按照一定的高度以及方向离散成多个断面层，形成不同等高线层面的具体加工轨迹，在相关的翊工具辅助下，按照等高线层面上加工轨迹运动，确保板材能够沿着腳工具轨迹进行逐渐变形，也就是通过工具头的运动的包络面来替换传统模具的型面，实现对于金属板材的逐次局部变形，最后将板材冲压程序要的工件形态的过程。
这板材加工技术通过对于代加工金属板材进行固定，利用夹具来固定代加工板材的位置，也可以葩使用馳圈将板材上下部位压紧，相应的压边圈也可以按照实际的成形需要来对于板材进行上下移动，再将设备和代加工部件固定在三轴数控机床中，在 成形加工的过程中，机床按照设定好的编程进行成形轨迹生成和加工，工具头沿着等高线的行加逸动，根据首层截面轮廓的成形轨迹来设置相关指令，针对飯板材《^塑性加抄作，强成首层截面加工后，将工具头沿着轴的方向进行下压，继续进行下一层的截面轮廓成形轨迹加工，重复上述的操作过程，最终完成曲加工任务。
专利名称：一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置和成形方法
专利类型：发明专利
发明人：李铭,陈军,常志东
申请号：CN201910921165.5
申请日：20190927
公开号：CN110722066A
公开日：
20200124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置和成形方法，该装置包括底板、多个夹持模块和多个可调支撑模块，夹持模块和可调支撑模块均和底板可拆卸式连接；所述的底板上设有矩阵布置的安装孔；所述的多个可调支撑模块通过安装孔固定在底板的上表面并且能够进行高度调节；所述的多个夹持模块通过安装孔固定在底板的上表面并且分布在可调支撑模块的外围，用于夹持板料。
与现有技术相比，本发明不仅可以实现板料的快速精准夹持，还可以根据被成形钣金件的特征进行任意组合，生成渐进成形用的支撑结构，具有柔性夹持和柔性背模的功能。
申请人：上海交通大学,上海模具技术研究所有限公司
地址：200030 上海市闵行区东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海科盛知识产权代理有限公司
代理人：陈源源
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金属板料数字化渐进成形工艺研究摘要：本文围绕板材数控单点渐进成形技术的工艺规划的一般原则的建立和加工轨迹优化方法。
主要内容包括基于理论分析和实践经验的一般性工艺规划和针对解决实际问题的加工轨迹优化处理。
关键词：数字化成形快速成形加工轨迹1 引言金属板材数控单点渐进成形技术是一种数字化的柔性加工技术，与传统的塑性成形技术相比，具有不需要设计、制造模具，小批量多品种加工板材零件的优点。
其柔性的特点决定了该项技术尤其适合于新产品开发阶段的板料零件成形，如日用品、汽车覆盖件、航天航空产品的研制阶段的工作，利用该技术可以大大缩短产品开发周期，降低开发成本和新产品开发的风险。
本文根据在加工过程中的一些实例，在UG软件进行使用方法的介绍，供同行们参考。
2 金属板料塑性成形技术的概述2.1 传统板料塑性成形技术金属板料通过塑性成形方法可以加工成各种零件，它们被应用于国民经济和日常生活的各个领域中。
例如汽车行业、航天航空、电机电器、食品包装、建筑等工业用品、家庭用品及家居装饰品、工艺美术品、医疗器械、家用电器等日常用品都大量使用金属板料塑性成形件。
传统的板料塑性成形技术的加工过程通常包括两个阶段。
第一阶段是模具的设计与制造阶段；第二阶段是采用模具的生产阶段。
这种加工方式的优点是，一旦模具设计制造成功后，可以大批量的生产需要的零件。
但是，因为在模具的设计制造过程中，需要反复的对模具进行修改，这样就表现出模具的设计、制造费用高、周期长，使板材零件的应用范围受到限制。
2.2 板料塑性无模成形技术二十一世纪是以知识经济和信息社会为特征的新时代，制造业正面临着空前严峻的挑战。
如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，以满足信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品的要求，是企业生存和发展的关键。
传统的板料塑性成形技术已经不能够满足这种要求，市场经济要求提高成形的柔性。
提高塑性加工柔性的方法有两种途径”，一是从机器的运动功能上着手，例如多向多动压力机，快速换模系统及数控系统。
万方数据２００９年第４３卷№５器手越来越多的被应用到数控渐进成形技术中，更好地实现了制造的柔性化与自动化【５】（如图２所示）。
图２工业机器手在数控渐进成形中的应用２．１金属板材单点渐进成形工艺及精度的研究成形工件尺寸精度不高是金属板材单点渐进成形技术难以得到广泛应用的主要原因【６，７｜，也是目前该技术国内外研究的热点，现行的大部分的成形工艺研究也正是围绕如何提高成形精度而展开。
由于成形力越小越有利于提高工件的成形精度，而成形力又随着步长、成形角、工具头半径和板材厚度的减少而减小，因此可以通过控制工艺参数达到提高成形精度的目的。
为得到确切的工艺参数与工件成形精度的关系，意大利的Ａｍｂｒｏｇｉｏ【８Ｊ通过调整工艺参数对工件进行多次试验成形，然后利用统计分析方法对试验数据进行分析总结，从而得到了工艺参数与工件尺寸精度的关系表达式。
但该方法适用范围有限，一般只适合于简单的零件，对于复杂零件很难找到工艺参数与工件尺寸精度的确切关系表达式。
另外，工艺参数中板材厚度的选定并不能只根据成形力的需要而随意更改，而其它工艺参数对成形力的影响并不显著，而且还会降低成形效率【７．９１。
工具头与板材接触区域附近不必要的塑性变形和回弹是成形件几何尺寸精度不高的主要原因№Ｊ。
为了获得良好的成形精度，一般希望在成形区（即板材与工具头接触的区域）内的金属板材具有较低的屈服强度和较好的延伸性，这样有益于板材在较小的成形力下加工成形，并且还能防止板材卸载后的回弹；但与此同时又希望在成形区域外的金属板材具有较高的屈服强度，这样有助于避免成形区外板材产生不必要的塑性变形，从而达到板材的准确成形。
对金属板材的上述两个要求看起来有些冲突，因为同一金属板材很难同时具备相互矛盾冲突的两９种属性。
通过改变装置可以达到提高成形区外材料刚度、并由此提高成形精度的目的，但该方法会降低工艺的柔性［１０］。
比利时的Ｄｕｆｌｏｕ［６，７］利用激光对板材成形区域进行局部动态加热，从时间和空间上改变材料性质，达到了减小成形区材料屈服强度的目的。
金属板料数控渐进成形技术
莫健华;叶春生;黄树槐;陈正迪;易振明
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2002(000)012
【摘要】金属板料数控渐进成形是一项新技术,具有能快速成形复杂形状金属薄板件的优异特性.本文介绍了该项技术的原理、要点和工艺路线,并指出它能翻制用于批量生产的模具.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】莫健华;叶春生;黄树槐;陈正迪;易振明
【作者单位】华中科技大学模具技术国家重点实验室;华中科技大学模具技术国家重点实验室;华中科技大学模具技术国家重点实验室;三环集团黄石锻压机床有限公司;三环集团黄石锻压机床有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.金属板料数控渐进成形机床设计研究 [J], 邵玺
2.金属板料渐进成形中大成形角制件厚度优化关键技术研究 [J], 许金亮;吴梦陵;孔凡新;甘子瑞
3.板料数控渐进成形过程金属变形行为分析 [J], 赵仕宇;詹艳然;周超
4.金属板料数控渐进成形机床设计 [J], 孔波;周燕飞;高霖
5.金属板料数控渐进成形技术研究 [J], 刘爽
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