D0I:10.13374/i.issnl001t03.2008.11.008 第30卷第11期 北京科技大学学报 Vol.30 No.11 2008年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2008 三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 龚学鹏李明哲胡志清 吉林大学无模成形技术开发中心，长春130022 摘要介绍三维曲面柔性卷板成形技术，并与传统卷板成形和多点成形进行了对比·对柔性卷板成形装置进行研究并开发 出相应的实验装置：建立柔性卷板成形的有限元模型，并对其成形过程进行数值模拟，得到了较好的模拟结果。模拟了两种 不同材料板材的成形效果，分析了其产生不同成形效果的原因. 关键词成形装置；三维曲面；卷板成形：柔性辊；数值模拟：局部成形 分类号TG306 Three-dimensional surface flexible roll bending technology and its numerical simu- lation GONG Xuepeng:LI Mingzhe,HU Zhiqing Dieless Forming Technology Center.Jilin University.Changchun 130022,China ABSTRACT Three-dimensional surface flexible roll bending was introduced and compared with traditional roll bending and multi- point forming.The flexible roll bending equipment was researched and the corresponding experimental equipment was developed.A finite element model of flexible roll bending was established to simulate the forming process and satisfactory simulated results were gained.The flexible roll bending of sheet metals made of two kinds of materials was simulated and their different forming effects were analyzed. KEY WORDS forming equipment:three-dimensional surface:roll bending:flexible roller:numerical simulation:local forming 随着中国经济的发展，中国制造业的水平也不 造业迫切需要越来越多的比较复杂的三维曲面件， 断提高，在板材成形领域也不断有新技术涌现，板 如球形件、鞍形件和扭曲形件. 材成形的柔性化技术便是其中的一个热点，从现有 三维曲面柔性卷板成形就是一种新颖的板材柔 的三维曲面柔性成形方式来看，有广泛应用于造船 性成形技术，不仅可以成形简单曲面件，还能够成形 业的水火弯板技术[，应用于航空工业的喷丸成 比较复杂的三维曲面件，本文将从成形装置的研制 形技术[]，还有近年来应用在一些领域的单点渐 和数值模拟两个方面对这种新技术进行研究， 进成形5-]，激光成形】、多点成形1]等.卷板成 形技术在板材成形领域占有十分重要的地位，被广 1三维曲面柔性卷板成形技术 泛应用于航空航天、船舶、化工以及城市建设等多个 卷板成形是一种连续成形技术，具有很高的生 行业·传统的卷板成形技术一般只能成形简单曲面 产效率.多点成形是一种柔性成形技术，通过计算 件，如柱面件和锥形件，但是随着当今社会对产品需 机控制的多个基本体的包络面代替整体模具来实现 求的日趋多样化，以及产品周期的不断变短，现代制 板材的成形，三维曲面柔性卷板成形就是卷板成形 收稿日期：2007-09-18修回日期：2007-11-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50575090):吉林大学“985工程“资助项目 作者简介：龚学鹏(1982一)，男，博士研究生，E-mail:g0 ngx uepengl20@yahoo-com,cm:李明哲(1951一)男，教授，博士生导师
三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 龚学鹏 李明哲 胡志清 吉林大学无模成形技术开发中心长春130022 摘 要 介绍三维曲面柔性卷板成形技术并与传统卷板成形和多点成形进行了对比．对柔性卷板成形装置进行研究并开发 出相应的实验装置．建立柔性卷板成形的有限元模型并对其成形过程进行数值模拟得到了较好的模拟结果．模拟了两种 不同材料板材的成形效果分析了其产生不同成形效果的原因． 关键词 成形装置；三维曲面；卷板成形；柔性辊；数值模拟；局部成形 分类号 TG306 Three-dimensional surface flexible roll bending technology and its numerical simulation GONG XuepengLI Mingz heHU Zhiqing Dieless Forming Technology CenterJilin UniversityChangchun130022China ABSTRACT T hree-dimensional surface flexible roll bending was introduced and compared with traditional roll bending and mult-i point forming．T he flexible roll bending equipment was researched and the corresponding experimental equipment was developed．A finite element model of flexible roll bending was established to simulate the forming process and satisfactory simulated results were gained．T he flexible roll bending of sheet metals made of two kinds of materials was simulated and their different forming effects were analyzed． KEY WORDS forming equipment；three-dimensional surface；roll bending；flexible roller；numerical simulation；local forming 收稿日期：2007-09-18 修回日期：2007-11-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50575090）；吉林大学“985工程”资助项目 作者简介：龚学鹏（1982—）男博士研究生E-mail：gongxuepeng120＠yahoo．com．cn；李明哲（1951—）男教授博士生导师 随着中国经济的发展中国制造业的水平也不 断提高在板材成形领域也不断有新技术涌现板 材成形的柔性化技术便是其中的一个热点．从现有 的三维曲面柔性成形方式来看有广泛应用于造船 业的水火弯板技术［1—2］应用于航空工业的喷丸成 形技术［3—4］还有近年来应用在一些领域的单点渐 进成形［5—6］、激光成形［7—9］、多点成形［10］等．卷板成 形技术在板材成形领域占有十分重要的地位被广 泛应用于航空航天、船舶、化工以及城市建设等多个 行业．传统的卷板成形技术一般只能成形简单曲面 件如柱面件和锥形件但是随着当今社会对产品需 求的日趋多样化以及产品周期的不断变短现代制 造业迫切需要越来越多的比较复杂的三维曲面件 如球形件、鞍形件和扭曲形件． 三维曲面柔性卷板成形就是一种新颖的板材柔 性成形技术不仅可以成形简单曲面件还能够成形 比较复杂的三维曲面件．本文将从成形装置的研制 和数值模拟两个方面对这种新技术进行研究． 1 三维曲面柔性卷板成形技术 卷板成形是一种连续成形技术具有很高的生 产效率．多点成形是一种柔性成形技术通过计算 机控制的多个基本体的包络面代替整体模具来实现 板材的成形．三维曲面柔性卷板成形就是卷板成形 第30卷 第11期 2008年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．11 Nov．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．11．008
第11期 龚学鹏等：三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 ,1297 和多点成形的有机结合，既具有卷板成形高效率的 同形状零件的成形，可以看出，柔性卷板成形具有 特点，又具有多点成形柔性化的特点，具体的实现 低成本、高效率、柔性化的特点，具有其他柔性成形 方法是将传统的卷板成形装置的刚性工作辊用可弯 方式所不具备的优点，所以，对柔性卷板成形这项 曲、可调整的柔性工作辊来代替，通过调整柔性辊的 新技术的研究具有重要的意义， 曲率来实现板材的三维曲面连续局部塑性成形山， 2柔性卷板成形装置 成形原理如图1所示.，可以看出，与传统的卷板成 形相比，柔性卷板不仅可以成形简单曲面件，还可以 新技术的开发需要新设备的支持，下面主要阐 比较容易的成形较复杂的三维曲面件；与多点成形 述柔性卷板成形装置的研制.柔性卷板成形装置是 相比，柔性卷板成形时所需要的控制点数量要远远 卷板成形装置和多点成形装置的有机结合，而将这 少于多点成形.所以，柔性卷板成形装置的结构相 两种装置结合在一起的关键件就是柔性辊.本文的 对比较简单，成本相对较低，比较容易推广和应用. 柔性辊采用钢丝软轴.柔性卷板成形装置主要包括 本文研究的柔性卷板成形技术是以柔性辊的数量为 调形机构、进给机构和驱动机构，采用柔性辊的目 3的成形装置为基础，基本的成形过程如下：首先根 的就是利用其可弯曲的特点来实现曲率的变化，为 据目标零件横向形状调整柔性辊的曲率，然后给予 了实现这一目的，需要调形机构来调整柔性辊的曲 上面的柔性辊一定的压下量，同时驱动柔性辊实现 率。柔性辊的曲率调整后，即实现了板材一个方向 板材的三维曲面成形，如图2所示，当目标零件的 的曲率改变；板材另一个方向的曲率改变需要通过 形状发生变化时，只需要调整柔性辊得到所需要的 上柔性辊的压下量实现，这就要求进给机构实现上 曲率以及控制上面柔性辊的压下量，便可以实现不 柔性辊的进给，板材的两个方向的曲率都发生变化 后，为了实现连续成形，则需要驱动机构来实现柔性 辊的转动.图3为吉林大学无模成形技术开发中心 开发的柔性卷板成形装置 图1柔性卷板成形原理 Fig.I Principle of flexible roll bending ⊕ 图3柔性卷板成形装置照片 Fig-3 Photo of a flexible roll bending equipment ⊕⊕ 通过图3所示的成形装置，采用钢板和铝板做 了大量的实验，得到了比较理想的实验结果，成形出 (a)调形 球形件、鞍形件、扭曲形件等典型的三维曲面件，如 A-A 图4所示，这些实验结果很好地验证了这种新型板 材柔性成形技术的可行性， 3柔性卷板成形过程的数值模拟 A (b)给予一定压下量并驱动柔性辊 A 在柔性卷板成形装置研制的同时，其相关的数 A-A 值模拟研究也在同步进行，数值模拟研究所涉及的 内容非常丰富，这里主要论述柔性卷板成形过程有 限元模型的建立以及总体的模拟结果，本文主要采 A (c)卷板成形 用显式动力分析软件LS-DYNA来对柔性卷板成形 过程进行数值模拟 图2柔性卷板成形基本过程 3.1有限元模型的建立 Fig.2 Basic prcoess of flexible roll bending 因为研究对象是柔性卷板成形的过程，关键是
和多点成形的有机结合既具有卷板成形高效率的 特点又具有多点成形柔性化的特点．具体的实现 方法是将传统的卷板成形装置的刚性工作辊用可弯 曲、可调整的柔性工作辊来代替通过调整柔性辊的 曲率来实现板材的三维曲面连续局部塑性成形［11］ 成形原理如图1所示．可以看出与传统的卷板成 形相比柔性卷板不仅可以成形简单曲面件还可以 比较容易的成形较复杂的三维曲面件；与多点成形 相比柔性卷板成形时所需要的控制点数量要远远 少于多点成形．所以柔性卷板成形装置的结构相 对比较简单成本相对较低比较容易推广和应用． 本文研究的柔性卷板成形技术是以柔性辊的数量为 3的成形装置为基础基本的成形过程如下：首先根 据目标零件横向形状调整柔性辊的曲率然后给予 上面的柔性辊一定的压下量同时驱动柔性辊实现 板材的三维曲面成形如图2所示．当目标零件的 形状发生变化时只需要调整柔性辊得到所需要的 曲率以及控制上面柔性辊的压下量便可以实现不 图1 柔性卷板成形原理 Fig．1 Principle of flexible roll bending 图2 柔性卷板成形基本过程 Fig．2 Basic prcoess of flexible roll bending 同形状零件的成形．可以看出柔性卷板成形具有 低成本、高效率、柔性化的特点具有其他柔性成形 方式所不具备的优点．所以对柔性卷板成形这项 新技术的研究具有重要的意义． 2 柔性卷板成形装置 新技术的开发需要新设备的支持下面主要阐 述柔性卷板成形装置的研制．柔性卷板成形装置是 卷板成形装置和多点成形装置的有机结合而将这 两种装置结合在一起的关键件就是柔性辊．本文的 柔性辊采用钢丝软轴．柔性卷板成形装置主要包括 调形机构、进给机构和驱动机构．采用柔性辊的目 的就是利用其可弯曲的特点来实现曲率的变化．为 了实现这一目的需要调形机构来调整柔性辊的曲 率．柔性辊的曲率调整后即实现了板材一个方向 的曲率改变；板材另一个方向的曲率改变需要通过 上柔性辊的压下量实现这就要求进给机构实现上 柔性辊的进给．板材的两个方向的曲率都发生变化 后为了实现连续成形则需要驱动机构来实现柔性 辊的转动．图3为吉林大学无模成形技术开发中心 开发的柔性卷板成形装置． 图3 柔性卷板成形装置照片 Fig．3 Photo of a flexible roll bending equipment 通过图3所示的成形装置采用钢板和铝板做 了大量的实验得到了比较理想的实验结果成形出 球形件、鞍形件、扭曲形件等典型的三维曲面件如 图4所示．这些实验结果很好地验证了这种新型板 材柔性成形技术的可行性． 3 柔性卷板成形过程的数值模拟 在柔性卷板成形装置研制的同时其相关的数 值模拟研究也在同步进行．数值模拟研究所涉及的 内容非常丰富这里主要论述柔性卷板成形过程有 限元模型的建立以及总体的模拟结果．本文主要采 用显式动力分析软件 LS-DYNA 来对柔性卷板成形 过程进行数值模拟． 3∙1 有限元模型的建立 因为研究对象是柔性卷板成形的过程关键是 第11期 龚学鹏等： 三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 ·1297·
.1298. 北京科技大学学报 第30卷 跟踪接触前各个物体的运动以及接触后这些物体之 间的相互作用，同时又要正确表述接触面之间的摩 擦行为，接触点的搜索对动态接触的板材成形十分 重要，为了提高板材成形过程数值模拟的效率，一 般先进行整体搜索，确定位于同一空间子域中的节 点和表面单元，然后进行局部搜索，确定可能接触的 节点和表面单元是否确实发生接触，接触力的计算 常用方法有很多，本文采用罚函数法 (@)球形件 在对柔性卷板成形过程进行数值模拟时，为了 使建模过程简单有效，本文采用将柔性辊离散化的 建模方式，即柔性辊由一系列短辊组成，这些短辊的 位置和角度是可以调整的，为了在不影响成形效果 的前提下尽量节省计算时间，将一个柔性辊分为五 个短辊，本文主要模拟两种典型的三维曲面件：球 形件和鞍形件.图5为球形件和鞍形件的有限元 模型 )鞍形件 (a)球形件有限元模型 (©)扭曲件 图4柔性卷板成形实验结果 b)蔽形件有限元模型 Fig.4 Experimental results of flexible roll bending 图5柔性卷板成形的有限元模型 观察板材的变形情况以及板材在变形过程中所产生 Fig.5 Finite element models of flexible roll bending 的各种缺陷，所以需要为板材选择合适的单元来进 3.2模拟结果 行模拟.这里板材采用BWC壳单元，BWC壳单元 建立有限元模型后进行加载和求解，经过多次 是一种采用多层单点积分和沙漏粘性阻尼的双线性 的尝试得到较好的模拟结果.图6为球形件和鞍形 四节点薄壳单元，是BT壳单元的一种改进单元 件的成形过程光照图，其真实地反映了板材在柔性 它既保持了BT壳单元的诸多优点，又考虑了翘曲 卷板成形时的运动情况以及变形趋势，从图6中可 的影响，其计算效率比BT壳单元低25%，计算精度 以看出球形件和鞍形件在成形过程中双向曲率的变 与Hughes-Liu壳单元接近，比较适合三维曲面柔性 化趋势，这种趋势与板材的实际成形过程是相吻合 卷板成形过程的数值模拟 的，球形件和鞍形件最终模拟结果的塑性应变分布 接触问题是一个非常复杂的边界非线性问题， 如图7所示.可以看到，除了板材成形开始和结束 在三维曲面柔性卷板成形过程中，接触状态在不断 的边缘区域塑性应变为零外，其他区域都产生了塑 变化，使得接触的判断事先难以确定，在柔性卷板 性应变，与实际情况也是相吻合的，这是由于板材 过程中，由于柔性辊的转动，柔性辊节点和板材节点 在柔性卷板时，板材成形开始和结束的边缘区域并 之间不断接触、分离和再接触，因此分析时需要准确 没有在柔性辊的载荷作用下，所以没有发生塑性变
图4 柔性卷板成形实验结果 Fig．4 Experimental results of flexible roll bending 观察板材的变形情况以及板材在变形过程中所产生 的各种缺陷所以需要为板材选择合适的单元来进 行模拟．这里板材采用 BWC 壳单元．BWC 壳单元 是一种采用多层单点积分和沙漏粘性阻尼的双线性 四节点薄壳单元是 BT 壳单元的一种改进单元． 它既保持了 BT 壳单元的诸多优点又考虑了翘曲 的影响其计算效率比 BT 壳单元低25％计算精度 与 Hughes-Liu 壳单元接近比较适合三维曲面柔性 卷板成形过程的数值模拟． 接触问题是一个非常复杂的边界非线性问题 在三维曲面柔性卷板成形过程中接触状态在不断 变化使得接触的判断事先难以确定．在柔性卷板 过程中由于柔性辊的转动柔性辊节点和板材节点 之间不断接触、分离和再接触因此分析时需要准确 跟踪接触前各个物体的运动以及接触后这些物体之 间的相互作用同时又要正确表述接触面之间的摩 擦行为．接触点的搜索对动态接触的板材成形十分 重要．为了提高板材成形过程数值模拟的效率一 般先进行整体搜索确定位于同一空间子域中的节 点和表面单元然后进行局部搜索确定可能接触的 节点和表面单元是否确实发生接触．接触力的计算 常用方法有很多本文采用罚函数法． 在对柔性卷板成形过程进行数值模拟时为了 使建模过程简单有效本文采用将柔性辊离散化的 建模方式即柔性辊由一系列短辊组成这些短辊的 位置和角度是可以调整的．为了在不影响成形效果 的前提下尽量节省计算时间将一个柔性辊分为五 个短辊．本文主要模拟两种典型的三维曲面件：球 形件和鞍形件．图5为球形件和鞍形件的有限元 模型． 图5 柔性卷板成形的有限元模型 Fig．5 Finite element models of flexible roll bending 3∙2 模拟结果 建立有限元模型后进行加载和求解经过多次 的尝试得到较好的模拟结果．图6为球形件和鞍形 件的成形过程光照图其真实地反映了板材在柔性 卷板成形时的运动情况以及变形趋势．从图6中可 以看出球形件和鞍形件在成形过程中双向曲率的变 化趋势这种趋势与板材的实际成形过程是相吻合 的．球形件和鞍形件最终模拟结果的塑性应变分布 如图7所示．可以看到除了板材成形开始和结束 的边缘区域塑性应变为零外其他区域都产生了塑 性应变与实际情况也是相吻合的．这是由于板材 在柔性卷板时板材成形开始和结束的边缘区域并 没有在柔性辊的载荷作用下所以没有发生塑性变 ·1298· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第11期 龚学鹏等：三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 ,1299. 形，不会产生塑性应变 切变模量Eam=20.2MPa.图8为两种不同材质板 材的模拟结果光照图，图9为柔性辊与板材的作用 力时间曲线， (a)球形件成形过程 图8不同材质鞍形件的模拟结果光照图，(a)A5182:(b) G Steel1010 crgo Fig.8 Shade simulation results of saddle workpieces made of differ- ent materials:(a)Al5182;(b)Steell010 (⑥)鞍形件成形过程 10r 图6柔性卷板成形过程光照图 (a) 8 Fig.6 Shade simulation results of flexible roll bending process 6 1.867×101 1.680×10- 4 1.494×10-1 1.307×101 1.120×101 9.335×102 0.02 0.040.060.080.100.12 7.468×102 时间s 5.601×102 20 3.734×10-2 1.867×10-2 6 0. ts (a)球形件塑性应变分布 三 1.789×101 1,610×10-1 1.431×101 1.252×101 1.073×101 8.943×102 7.154×102 0.02 0.040.060.080.100.12 5.366×102 时间s 3.577×102 1.789×10-2 图9柔性辊与板材之间的作用力一时间曲线.(a)A5182:(b) ()核形件塑性应变分布 Steel1010 Fig.9 Force history curves between flexible roller and sheet:(a) 图7柔性卷板成形件的塑性应变分布 A15182:(b)Steel1010 Fig-7 Plastic strain distribution of workpieces by flexible roll bend- ing 从图8中可以看出，Steel1010钢板的成形效果 要强于A5182铝板，铝板的边缘有起皱的现象，而 在对柔性卷板成形过程进行初步分析后，分别 钢板的边缘几乎没有起皱现象，由于鞍形件是三维 对材料为A5182和Steel1010的鞍形件进行数值模 曲面件，板材要发生两个方向的曲率变化，所以板材 拟，来研究两种不同材质板材的成形效果.A15182 在成形过程中较一般的卷板而言，其边缘容易产生 铝板的材料参数为：密度p=2720kgm3,弹性模 起皱的现象，起皱源于板材的塑性失稳，当局部切 量E=76GPa,泊松比U=0.34,屈服极限o,= 向压应力较大而板面没有足够的约束时，由于面外 145MPa,切变模量Ean=25MPa;Steel1010钢板的 变形所需能量小，板材的变形路径向面外分叉，由面 材料参数为：密度p=7845kgm一3，弹性模量E= 内变形转为面外变形而产生皱纹，对于模拟结果而 207GPa,泊松比v=0.29,屈服极限o,=220MPa, 言，由于在相同的压下量和相同的厚度下，钢板的弹
形不会产生塑性应变． 图6 柔性卷板成形过程光照图 Fig．6 Shade simulation results of flexible roll bending process 图7 柔性卷板成形件的塑性应变分布 Fig．7 Plastic strain distribution of workpieces by flexible roll bending 在对柔性卷板成形过程进行初步分析后分别 对材料为 Al5182和 Steel1010的鞍形件进行数值模 拟来研究两种不同材质板材的成形效果．Al5182 铝板的材料参数为：密度 ρ＝2720kg·m —3弹性模 量 E ＝76GPa泊松比 υ＝0∙34屈服极限 σs ＝ 145MPa切变模量 Etan＝25MPa；Steel1010钢板的 材料参数为：密度 ρ＝7845kg·m —3弹性模量 E＝ 207GPa泊松比 υ＝0∙29屈服极限 σs＝220MPa 切变模量 Etan＝20∙2MPa．图8为两种不同材质板 材的模拟结果光照图．图9为柔性辊与板材的作用 力—时间曲线． 图8 不同材质鞍形件的模拟结果光照图．（a） Al5182；（b） Steel1010 Fig．8 Shade simulation results of saddle workpieces made of different materials：（a） Al5182；（b） Steel1010 图9 柔性辊与板材之间的作用力—时间曲线．（a） Al5182；（b） Steel1010 Fig．9 Force history curves between flexible roller and sheet：（a） Al5182；（b） Steel1010 从图8中可以看出Steel1010钢板的成形效果 要强于 Al5182铝板铝板的边缘有起皱的现象而 钢板的边缘几乎没有起皱现象．由于鞍形件是三维 曲面件板材要发生两个方向的曲率变化所以板材 在成形过程中较一般的卷板而言其边缘容易产生 起皱的现象．起皱源于板材的塑性失稳当局部切 向压应力较大而板面没有足够的约束时由于面外 变形所需能量小板材的变形路径向面外分叉由面 内变形转为面外变形而产生皱纹．对于模拟结果而 言由于在相同的压下量和相同的厚度下钢板的弹 第11期 龚学鹏等： 三维曲面柔性卷板成形技术及其数值模拟 ·1299·
,1300 北京科技大学学报 第30卷 性模量、厚向剪切压应力较铝板大，不易产生塑性失 bending process.Int J Mach Tools Manuf.2007,47:799 稳，故不易起皱，由于铝板和钢板的材料性能不同， [3]Wang T,Platts M J.A computer-aided blank design method for the peen forming process.J Mate Process Technol,2002.122: 对于相同厚度、相同变形量来说，其与柔性辊之间的 374 作用力也应该是不同的，从图9中可以看到，在0 [4]WangT,Platts M J.Levers A.A process model for shot peen 0.025s内，由于上柔性辊还处于悬空的状态，它没 forming-J Mater Process Technol,2006.172:159 有与板材发生接触，所以不会产生作用力，作用力为 [5]Ambrogio G.De Napoli L D.Filice L.et al.Application of in- 零.在0.025s以后，柔性辊与板材接触并转动，它 cremental forming process for high customized medical product 们之间才开始产生作用力.从作用力时间曲线的 manufacturingMater Process Technol.2005,162/163:156 [6]Mao F.Mo J H.Huang S H.Study on instability of the point 整体趋势以及最大值来说，压制Steel1010钢板的作 bolster sheet metal dieless forming.Mater Process Technol, 用力高于压制A15182铝板的作用力，这是由于钢板 2006,176,13 的弹性模量、屈服极限等参数高于铝板所引起的. [7]Shen H Shi Y J,Yao Z Q.et al.An analytical model for estimat- 柔性辊与板材之间的作用力时间曲线的模拟结果 ing deformation in laser forming-Comput Mater Sci.2006,37: 593 对实验装置的设计以及优化具有重要的意义， [8]CostaS E.Shiomi M.Kozo 0.et al.Rapid manufacturing of 4结论 metal components by laser forming.Int J Mach Tools Manuf, 2006,46:1459 本文介绍了三维曲面柔性卷板成形技术，研究 [9]Shi Y J,Yao Z Q.Shen H,et al.Research on the mechanisms of 了相应的成形装置，通过成形装置压制出了典型的 laser forming for the metal plate.Int I Mach Tools Manuf. 三维曲面件，并对柔性卷板成形过程进行了数值模 2006,46:1689 [10]Li M Z.Nakamura.Study of the basic principle (first report: 拟，从板材的运动情况、变形趋势以及板材的塑性 research on multi-point forming for sheet metal)/Proceedings 应变分布等方面可以看出模拟结果与实际情况基本 of the Japanese Spring Conference for Technology of Plasticity 一致，最后模拟了两种材料的板材成形效果，分析 Yokohama.1992:519 了产生不同成形效果的原因 (李明哲，中村敬一，基本的成形原理)检讨（第1报：板材 多点成形法研究)∥平成4年度日本塑性加工春季讲演会 论文集.横浜，1992：519) 参考文献 [11]Li MZ,HuZ Q,CaiZ Y.et al.Method of efficient continuous [1]Reutzel E W.Zhang L,Michaleris P.A differential geometry ap- plastic forming for freeform surface part.J Jilin Univ Eng proach to analysis of thermal forming.Int J Mech Sci.2006.48: Technol Ed,2007,37(3):489 1046 (李明哲，胡志清，蔡中义，等.自由曲面工件的连续高效塑性 [2]Hemmati SJ.Shin JG.Estimation of flame parameters for flame 成形方法.吉林大学学报：工学版，2007,37(3)：489)
性模量、厚向剪切压应力较铝板大不易产生塑性失 稳故不易起皱．由于铝板和钢板的材料性能不同 对于相同厚度、相同变形量来说其与柔性辊之间的 作用力也应该是不同的．从图9中可以看到在0～ 0∙025s 内由于上柔性辊还处于悬空的状态它没 有与板材发生接触所以不会产生作用力作用力为 零．在0∙025s 以后柔性辊与板材接触并转动它 们之间才开始产生作用力．从作用力—时间曲线的 整体趋势以及最大值来说压制 Steel1010钢板的作 用力高于压制 Al5182铝板的作用力这是由于钢板 的弹性模量、屈服极限等参数高于铝板所引起的． 柔性辊与板材之间的作用力—时间曲线的模拟结果 对实验装置的设计以及优化具有重要的意义． 4 结论 本文介绍了三维曲面柔性卷板成形技术研究 了相应的成形装置通过成形装置压制出了典型的 三维曲面件并对柔性卷板成形过程进行了数值模 拟．从板材的运动情况、变形趋势以及板材的塑性 应变分布等方面可以看出模拟结果与实际情况基本 一致．最后模拟了两种材料的板材成形效果分析 了产生不同成形效果的原因． 参 考 文 献 ［1］ Reutzel E WZhang LMichaleris P．A differential geometry approach to analysis of thermal forming．Int J Mech Sci200648： 1046 ［2］ Hemmati S JShin J G．Estimation of flame parameters for flame bending process．Int J Mach Tools Manuf200747：799 ［3］ Wang TPlatts M J．A computer-aided blank design method for the peen forming process．J Mate Process Technol2002122： 374 ［4］ Wang TPlatts M JLevers A．A process model for shot peen forming．J Mater Process Technol2006172：159 ［5］ Ambrogio GDe Napoli L DFilice Let al．Application of incremental forming process for high customized medical product manufacturing．J Mater Process Technol2005162／163：156 ［6］ Mao FMo J HHuang S H．Study on instability of the point bolster sheet metal dieless forming． J Mater Process Technol 2006176：13 ［7］ Shen H Shi Y JYao Z Qet al．An analytical model for estimating deformation in laser forming．Comput Mater Sci200637： 593 ［8］ Costa S EShiomi MKozo Oet al．Rapid manufacturing of metal components by laser forming．Int J Mach Tools Manuf 200646：1459 ［9］ Shi Y JYao Z QShen Het al．Research on the mechanisms of laser forming for the metal plate． Int J Mach Tools Manuf 200646：1689 ［10］ Li M ZNakamura．Study of the basic principle （first report： research on mult-i point forming for sheet metal）∥ Proceedings of the Japanese Sp ring Conference for Technology of Plasticity． Yokohama1992：519 （李明哲中村敬一．基本的な成形原理の检讨（第1报：板材 多点成形法の研究）∥平成4年度日本塑性加工春季讲演会 论文集．横浜1992：519） ［11］ Li M ZHu Z QCai Z Yet al．Method of efficient continuous plastic forming for freeform surface part． J Jilin Univ Eng Technol Ed200737（3）：489 （李明哲胡志清蔡中义等．自由曲面工件的连续高效塑性 成形方法．吉林大学学报：工学版200737（3）：489） ·1300· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
