随着全球制造业的发展,各行业对板材成形技术提出了更高的要求,促使板材成形技术向着多种成形工艺交互耦合的趋势发展。本文研究的集群式钢球多点旋压成形工艺(CRMS)就是借鉴了多点成形、旋压成形和粘性介质成形的特点,是一种新的高柔性三维曲面成形技术。此工艺可以通过更换不同型面的底模以成形具有非对称性曲面的复杂件,并且集群钢珠在板材表面进行旋压,对成形件的回弹、扭曲、翘曲等具有很好的抑制作用,因此该工艺在小批量、个性化的曲面件成形方面具有很高的应用价值。目前,对该工艺的数值模拟研究主要采用单层钢球模型(SlRB),但是SlRB模型无法揭示出该工艺成形过程中的变形规律和成形机理,因此需要我们做进一步的研究。本文通过研究集群钢球堆积排列算法,建立多层钢球模型(MlRB)。通过MlRB模型对压边力、钢球尺寸和旋压舱空间等参数成形球形曲面件的工艺性进行了研究,以颅骨修复为例研究了MlRB模型对非对称性多曲率复杂曲面成形的可行性,具体研究内容如下:1.介绍了集群式钢球多点旋压成形原理,对板材在理想条件下成形球形曲面时的几何特征进行研究,并根据实际集群式钢球的堆积特点简化了钢珠堆积的几何结构,通过该简化的结构推导出了钢球堆积排列算法,并在该算法基础上利用ABAQUS二次开发的方法建立了以多层钢球紧密堆积为特点的MlRB模型。2.通过SlRB模型和MlRB模型的数值模拟结果的对比研究,并依据实验结果对板材成形过程、板材形貌和厚度分布进行分析,MlRB模型的仿真结果比SlRB模型更接近实验结果,MlRB模型可以更全面地、真实地模拟该工艺的成形过程。3.在MlRB模型基础上分别对压边力、钢球尺寸和旋压舱预留空间工艺参数进行研究,对成形件的应力应变分布、成形力变化、厚度分布、合模精度及板材形貌进行分析。模拟结果表明,随着压边力的增大,成形件的褶皱缺陷逐渐消失,且成形区的应力和应变都会变得均匀;钢球尺寸越小,成形件应力应变和厚度分布就越均匀,表面越不容易出现的凹坑和褶皱等缺陷,工艺的稳定性越好;随着旋压舱腔预留空间增大,成形时需要的成形力越小,成形件的厚度分布越均匀。4.针对颅骨破损的三维修复曲面为案例进行研究,基于患者的CT图像建立修复曲面,然后把该曲面模具导入到MlRB模型中并利用该模型进行成形研究。通过对成形件的减薄率、合模精度和回弹情况进行分析,模拟结果表明该工艺成形出的复杂曲面件具有高精度、变形均匀等优点,对小批量非对称性多曲率复杂曲面件的生产具有很高的应用价值。