单点增量成形过程中成形性的研究现状【中文2787字】【PDF+中文WORD】

单点增量成形过程中成形性的研究现状【中文2787字】【PDF+中文WORD】,中文2787字,PDF+中文WORD,单点,增量,成形,过程,研究,现状,中文,2787,PDF,WORD 中文翻译 单点增量成形过程中成形性的研究现状 单点增量成形（SPIF）是一种用片材制造零件的方法，具有很少或没有定 制工具和其他通用装置的优点[1]。 这使其成为在投资冲压模具或一次性定制 部件之前生产钣金原型部件的理想选择。 SPIF 是一种增量成型（ISF），这是一类包括旋压和剪切成型的工艺[2]。 SPIF 比诸如能够形成不对称形状的旋转方法具有优势。在 2005 年的论文中，Jeswiet 等人 [3]成功地将当时所有的知识综合起来，并将其综合成为对不对称 ISF 过程 的进展和现状进行综合评述。 自那时起的十年研究要求对 SPIF 的进展和理解 进行更新审查，包括 2008 年首次探索的增量成形聚合物片[4]。 本文包括对单点增量成形的文献进行回顾，特别介绍影响成形过程中材料 成形性的工艺参数。 组织调查结果将有助于创建直观的参数指南和说明，以便 将来用 SPIF 研究和制造真实组件。 虽然商业和工业 SPIF 组件过去已经制造出来，但它们可能非常复杂，以至 于“试错”成为最可行的开发技术，因为使用 FEA（有限元分析）的计算过于 昂贵。 因此，一个重大挑战是如何使用比试验和错误更复杂的方法将其发展成 为工业过程。 这篇文献综述的目的是收集实验论文的相关数据并得出最大化 SPIF 材料成 形性的结论。SPIF 的其他方面未在本文中进行系统的介绍，它们正在形成力量， 表面质量，几何精度以及由此产生的材料属性。 成形性通常通过找出材料在失效前形成的最大壁角（Fmax）[5]与水平面之 间的关系进行量化。 通常使用简单的形状，例如圆锥或金字塔来确定该最大壁角。可以形成多 个部件，每个部件都具有比先前更陡的壁角，直到部件断裂[6]。 另一种选择是壁角从浅到陡变化的形状，例如 Hussain 等人 2007 年报道的 可变壁角圆锥截头体（VWACF）。 [7]。如果使用这部分，只需要一个测试来 确定发生故障的墙角。在同一篇论文中，Hussain et al。 [7]比较了 VWACF 的结 果和直墙试验的结果，发现后者高估了 Fmax 由于其较高的天气而低于 4％。因 此，如果直壁部分需要确切的骨折壁角度，则 VWACF 结果应进一步用锥形或锥 3 形平截头体进行测试。任何可成型性测试，但是，如果重复准确，应该给出一 致的结果，以便可以确定过程参数的一般影响。 “结果与讨论”一节中进一步 解释了总体效应，该文献提供了该文献综述中分析的数据。 在 SPIF 中已经使用了许多不同的材料，包括各种金属[3]，聚合物片材[4] 和其他片材材料，如夹层板[8]，其中具有广泛的可成形性。该评论不会检查特 定材料的成形性限制，而是将其列入参数分析中，以便可以在相同材料（例如 PVC 或 AA3003-O）之间进行实验对比。材料类型可以被视为选择所有其他参数 的基础。 未变形材料坯料的厚度是一个重要的参数，对 SPIF 工艺和最终部件具有显 着影响，特别是随着厚度的增加，片材变形所需的力变大[9]。最终，板料厚度 也是剪切成型正弦定律公式中的一个因素可以从初始厚度（ti）和水平角度（F） 计算部件的厚度（tf）。该方程是 tf = ti * sin（90 - F），并且已经证明对于单次 通过形成的 SPIF 零件是准确的[10]。 在这篇综述中，厚度的绝对值并不重要，因为独特的材料特性意味着一个 材料的 2 mm 薄片与 2 mm 不同材料的薄片表现不同[3]。已经研究了仅增加或 减小未变形空白的厚度的一般效果。 刀具参数 SPIF 中用于使纸张变形的工具或冲头传统上属于两种类型之一。 首先是一个坚固的半球形工具[2]，其次是一个带球轴承的工具，允许它在板上 自由滚动[6]。随着 SPIF 和增量成形技术的发展，一些工具已经扩展到包括端部 和其他形状的工具[11]。图 1 显示了用于描述 3 种主要类型工具的尺寸。一种 工具相对于另一种工具的优点是一段时间内的一致研究领域，例如 Kim 和 Park [12]以及最近的 Cawley 等人。 [13]。刀具直径和刀具类型是这篇文献综述中研 究的两个参数。 工具的尺寸和端部形状影响成形过程的机制。工具和片材之间接触面积的 大小和形状可能会影响过程方面，如产生的摩擦力[14]，观察力[15]和压力[16]。 刀具可以由不同的材料制成，并且刀具材料，坯料和润滑剂之间的相互作 用影响过程中所见的摩擦条件[17]。目前还没有关于不同工具材料对 SPIF 可成 形性影响的发表期刊论文，因此它不能被纳入本文献综述。 刀具路径参数 SPIF 中使用的刀具路径可以等同于 Z 级加工等加工操作，尽 管刀具不切割材料。刀具的运动由加工操作中使用的相同参数确定。进给速度 是刀具在纸张上移动时的速度，通常以毫米/分钟为单位。逐步减少工具在每个 电路中压入纸张的距离。主轴转速是指工具旋转的速度，以每分钟转数（rpm） 表示。 刀具路径参数通过刀具的运动和旋转来影响产生的摩擦力[18]，进给速率 和降低速度决定了材料的变形速率。 刀具和刀具路径的相对旋转方向决定了'铣削模式';无论是传统还是爬坡铣 削，都要使用标准加工条件。如果刀具和刀具路径都是顺时针或逆时针移动， 那么是传统铣削，如果他们正在以不同方向旋转，那就是爬铣。攀爬铣削是 SPIF 中最常用的模式，因为工具在形成时有效地“滚动”在工作台上，从而减少了 摩擦[19]。虽然切削刀具通常以顺时针方向旋转，因此指定刀具路径方向可能 足以让读者假设正在使用哪种铣削模式，但并不像定义常规或爬升（'滚动'）铣 削那样彻底，因为所用的加工模式。 几何图形增量成形零件的形状影响应变，从而影响材料的成形性。由于分 析研究论文中使用的许多不同形状和尺寸的复杂性，几何学是本文献综述中未 涉及的一个方面。 在制造实用部件时，可以在部件的 CAD 模型上执行拔模角度分析，以突出 显示哪些壁面比特定角度更陡。在分析中使用该材料的最大壁角将显示是否有 任何部分可能太陡，无法在单个 SPIF 通道中形成。如果没有比允许的角度更陡 峭的部分，则部件很可能会成功[20]。部件的曲率从直壁到紧密曲线影响过程 中形成的应变类型（平面，双轴）。例如 Filice 等人所介绍的圆锥截头圆锥体 的应变，其半径为 100 毫米，而圆锥体的圆锥体的边缘为 10 毫米半径。 实验参数由于该过程是第一次开发的，因此对基本的 SPIF 过程进行了修改 研究。例如，已经探索了许多不同的加热工件的方法。杜弗欧等人。 [23]在 2007 年使用激光将 TiAl6V4 片材的 Fmax 提高了 208 以上。同样的钛合金被加热到 400℃，带式加热器安装在坯料上持有人 Palumbo 和 Brandizzi [24]，并观察到成 形性的改善。通过刀具和片材的电流的使用近年来已经被探索，也被应用于 TiAl6V4 [25]和其他材料，如 AA6061-T6 [26]，从而提高了成形性。由于这篇文 献综述研究了基本 SPIF 的工艺参数，与热 SPIF 和电 SPIF 相关的参数未被检查。 这项研究的问题文献中关于 SPIF 工艺参数对成形性影响的说法是什么？ 假设每个参数都有一个最佳的工作范围，它是其他参数的函数。它们以各 种组合相互依存。方法这篇文献综述是作为“系统的定量文献综述”进行的。 这种类型的文献综述被定义在 Pickering 和 Byrne [27]中。该过程已经过多名学 生和研究人员的测试，并产生可重复和高质量的结果。 由于数据输入的定量特性，该技术非常适用于 SPIF 参数区域，并且可以在 列表结果中看到，可以有效比较多篇论文之间的参数值。本评价中所选研究的 参数对于每次单程 SPIF 过程都是通用的，并且更多专门的过程（如应用电流或 外部热量）未得到解决。 许多 SPIF 论文已经发表在可成形性领域，但是下面强调的纳入标准被用来 选择高质量的论文集，这些论文可以很好地表达更广泛的领域。