压边成形是常用的薄板成形工艺,在制造业中被广泛应用。随着时代的发展,对应用于交通工具、建筑行业和航空航天器等制造领域的三维曲面件的成形需求在急剧增加。传统的压边成形工艺在成形曲率较大的三维曲面件时,模具制造费用高、周期长,而且常常出现起皱、拉裂等成形缺陷,严重地制约着工业化生产;急需一种新型的成形工艺能够抑制成形缺陷的出现、提高成形质量、提高生产效率和降低生产成本。因此,研究新型、有效的柔性成形工艺具有重要的意义。柔性压边冲压成形是一种新型的柔性成形工艺,其基本原理是使用柔性压边装置代替传统的刚性压边装置,利用传统的整体模具或多点数字化模具完成曲面工件的冲压成形。柔性压边冲压成形工艺具有柔性高、成形尺寸大和成形质量好等特点。本文使用有限元软件Abaqus建立了柔性压边冲压成形有限元模型,对球形件和半管的柔性压边冲压成形过程进行研究,预测板料出现起皱缺陷的条件,开展工艺参数对成形结果影响的研究,并进行了相关实验验证,为柔性压边冲压成形提供理论指导。本文的主要研究内容和结论如下:1、柔性压边成形原理和特点分析了常见的板材柔性成形技术的成形原理和国内外研究现状,提出结合多点数字化模具和离散压边成形的柔性压边冲压成形,研究了柔性压边成形过程,阐述了薄板塑性成形数值模拟的有限元方程及相关问题,建立了柔性压边成形有限元模型,对球形件在相同条件下进行了数值模拟和柔性压边成形实验。结果表明:实验结果与模拟结果吻合较好,验证了柔性压边成形有限元模型的正确性。2、球形件的柔性压边成形研究研究了薄板柔性压边成形过程数值模拟的有限元理论及动力学显式有限元方法,建立了柔性压边冲压成形有限元模型,并针对有限元建模过程中关键参数的选择进行了介绍,如单元类型、接触模型、摩擦条件、加载情况等。开展了球形件的无压边与柔性压边成形数值模拟和成形实验,证明了柔性压边成形比无压边成形能够有效控制板料流动,抑制成形过程中的起皱缺陷。3、柔性压边成形过程中压边块的作用研究比较使用柔性压边装置和不使用柔性压边装置两种情况下的厚度分布情况,讨论柔性压边对成形的影响。实验结果表明,使用柔性压边装置可以有效抑制成形皱纹,与数值模拟的结果一致;对球形件的柔性压边成形进行了数值模拟分析,比较使用压边条和不使用压边条两种情况下的应力和厚度分布情况,讨论压边条对成形结果的影响。模拟结果表明,使用压边条可以有效抑制成形皱纹;采用通用数值模拟软件Abaqus对柔性拉边成形进行有限元模型的建立。比较柔性压边成形和柔性拉边成形两种情况下的应力、应变和厚度分布情况,讨论柔性压边成形和柔性拉边成形对成形结果的影响。模拟结果表明,柔性压边成形比柔性拉边成形可以更有效抑制成形皱纹。4、柔性压边成形过程中压边块尺寸对成形的影响分别对对长度为24mm系列和50mm系列的压边块对成形结果的影响进行了数值模拟分析,比较成形件的应力、应变和厚度分布情况。模拟结果表明,使用24×10mm和50×10mm的压边块可有效抑制起皱缺陷,避免应力集中现象,并且能使有效成形区的应变分布更加均匀,减小最大厚度减薄率,使有效成形区域的厚度分布更加均匀;通过分析得出使用24×10mm的成形效果较好。实验结果表明,使用24×10mm压边块时抑制成形缺陷的效果最好,与数值模拟的结果一致。5、柔性压边成形过程中压边条的数值模拟对压边条层数对成形的结果影响进行了数值模拟分析,比较使用一层、二层和三层压边条的三种情况下的应力、应变和厚度分布情况,分析成形件抑制起皱能力,讨论压边条层数对成形的结果影响。模拟结果表明,使用三层压边条时成形结果最好;对压边条材质对成形的结果影响进行了数值模拟分析,比较两种材质多种组合时的应力、应变和厚度分布情况,分析对成形缺陷的抑制情况,讨论压边条材质对成形的结果影响。模拟结果表明,材质为65Mn弹簧钢时,成形效果最佳;对压边条分层对成形的结果影响进行了数值模拟分析,在压边条厚度不变的情况下,分别对一层、二层和三层压边条三种情况下的应力、应变和厚度分布情况,分析成形件出现的起皱缺陷的情况,讨论压边条分层对成形的结果影响。模拟结果表明,使用3层1mm厚压边条进行成形时,可以得到各项指标较好的成形件。实验结果表明,使用3层1mm厚的压边条成形时效果最佳,与数值模拟的结果一致;对压边条组合对成形的结果影响进行了数值模拟分析,对比了多种组合时的应力、应变和厚度分布情况,分析对起皱缺陷的抑制情况,讨论压边条宽度对成形的影响。模拟结果表明,在相同条件下,使用较宽的压边条可以获得高质量的成形件。6、柔性压边成形的其它工艺参数对成形结果影响的数值模拟研究对摩擦系数、对成形的结果影响进行了数值模拟分析,比较μ=0.05、μ=0.10、μ=0.20、μ=0.30和μ=0.40时的5种情况下的应力、应变和厚度分布情况,分析成形件的成形质量,讨论摩擦系数对成形的结果影响。模拟结果表明,摩擦系数μ=0.05时可得到高质量的成形件;对薄板的材质对成形的结果影响进行了数值模拟研究,比较材质为304不锈钢、1010钢和2024-O三种情况下的应力、应变和厚度分布情况,分析成形件的成形缺陷出现情况,讨论板材材质对成形的结果影响。模拟结果表明:使用304不锈钢和1010钢时可以获得高质量的成形件;使用2024-O时,成形件出现破裂缺陷,需要调整模型参数;对压边力对成形的结果影响进行了数值模拟分析,比较压边力为2MPa、5MPa和10MPa时的3种情况下的应力、应变和厚度分布情况,分析成形件抑制成形缺陷的情况,讨论压边力对成形的结果影响。模拟结果表明:压边力为5MPa时,可以有效抑制起皱缺陷,得到在有效成形区域内应力、应变和厚度分布均匀、最大减薄比小的高质量的成形件。7、半管的柔性压边成形数值模拟采用通用数值模拟软件Abaqus对半管的柔性压边成形进行有限元模型的建立,分别对半管的整体压边成形和柔性压边成形时,成形件的厚度和应力分布情况,结果表明:对于半管成形,柔性压边成形效果要好于整体压边成形;研究了内侧压边力分别为5MPa和7.5MPa时,成形件的厚度、应力分布情况和抑制起皱的效果,讨论内侧压边力对成形的影响,结果表明:内侧压边力的增加有助于抑制板料流动,从而抑制内侧板料起皱;对比了上下模具间隙分别为0.05mm和0.5mm时,成形件的厚度、应分分布情况,研究上下模间隙对成形结果的影响,结果表明:减小上下模具间隙,可以抑制成形件出现起皱,降低应力分布范围,使板厚分布更均匀;分析了下模倒角半径为3mm和6mm时,成形件的相关情况,研究下模倒角对成形的影响,结果表明:减小下模倒角,最大应力值、最小应力值和应力分布区间有所减小;因较小的下模倒角抑制了板料流动,使板料的最大厚度值和最大厚度减薄率增大;探讨了板材切角对成形的影响,结果表明:板料切角后,成形过程中板料流动更加均匀。成形件的应力、应变和厚度最大值,应力、应变和厚度的分布区间有所减小。使用位移加载和力加载两种情况下、采用摩擦系数分别μ=0.08和μ=0.15两种情况下和使用08Al和304不锈钢为板料材质两情况下,成形件的应力、应变和厚度分布情况,并分析了成形件的出现成形缺陷的情况,讨论了加载方式、摩擦系数和板材材质对成形结果的影响。模拟结果表明:使用位移加载和力加载对成形结果没有影响;采用摩擦系数μ=0.08进行成形时,成形件的应力和厚度分布均匀,最大厚度减薄率更小;对使用08Al和304不锈钢为材质的板料进行成形,都可以获得质量较好的成形件,半管的柔性压边成形具有一定的通用性和有效性。