國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC)申請(qǐng)書樣本

國(guó)家自然科學(xué)基金申請(qǐng)書 2011版 第9頁(yè)版本1.003.738 國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC)申請(qǐng)書樣本E050802受理部門收件日期受理編號(hào)申請(qǐng)代碼國(guó)家自然科學(xué)基金申請(qǐng)書(2011版)您現(xiàn)在不能檢查保護(hù)文檔或打印文檔，請(qǐng)根據(jù)以下三個(gè)步驟操作：1)如果您是Word2000,wordXP,word2003或以上版本用戶，請(qǐng)把Word宏的安全性設(shè)為:"中"方法:Word菜單->工具->宏->安全性->安全級(jí),設(shè)置為"中"(如果您是Word97用戶，繼續(xù)執(zhí)行以下步驟)(如果您是Office2007用戶，點(diǎn)擊word左上角"安全警告"處"選項(xiàng)"中的"啟用此內(nèi)容")2)關(guān)閉本文檔，重新打開本文檔您現(xiàn)在不能檢查保護(hù)文檔或打印文檔，請(qǐng)根據(jù)以下三個(gè)步驟操作：1)如果您是Word2000,wordXP,word2003或以上版本用戶，請(qǐng)把Word宏的安全性設(shè)為:"中"方法:Word菜單->工具->宏->安全性->安全級(jí),設(shè)置為"中"(如果您是Word97用戶，繼續(xù)執(zhí)行以下步驟)(如果您是Office2007用戶，點(diǎn)擊word左上角"安全警告"處"選項(xiàng)"中的"啟用此內(nèi)容")2)關(guān)閉本文檔，重新打開本文檔3)點(diǎn)擊"啟用宏"按鈕，即可開始填寫本文檔或打印了亞類說明：附注說明：項(xiàng)目名稱：金屬板料沖擊變形力學(xué)機(jī)理與沖擊成形關(guān)鍵技術(shù)的研究申請(qǐng)人：宋愛平電話托單位：揚(yáng)州大學(xué)通訊地址：江蘇省揚(yáng)州市華揚(yáng)西路196號(hào)揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械學(xué)院郵政編碼：225127單位電話子郵箱：apsong@申報(bào)日期：201FORMTEXT1年FORMTEXT3月FORMTEXT3日國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)

基本信息yoqW22ZY申請(qǐng)人信息姓名性別男出生年月1965年11月民族漢族學(xué)位博士職稱副教授每年工作時(shí)間（月）10電子郵箱apsong@傳別或地區(qū)中國(guó)個(gè)人通訊地址江蘇省揚(yáng)州市華揚(yáng)西路196號(hào)揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械學(xué)院工作單位揚(yáng)州大學(xué)/機(jī)械工程學(xué)院主要研究領(lǐng)域塑形成形技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)依托單位信息名稱聯(lián)系人張俊桂電子郵箱jgzhang@電站地址合作研究單位信息單位名稱項(xiàng)目基本信息項(xiàng)目名稱資助類別面上項(xiàng)目亞類說明附注說明申請(qǐng)代碼E050802:塑性加工工藝、模具與裝備E051002:數(shù)字化制造與智能制造基地類別研究期限2012年1月—2015年12月研究屬性應(yīng)用基礎(chǔ)研究申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)61.0000萬元摘要(限400字)：FORMTEXT較小的沖擊動(dòng)能就會(huì)引起板料的局部塑性變形，采用高頻、高速的沖擊桿有序的作用于金屬板料可以實(shí)現(xiàn)板料的可控成形。板料沖擊變形是一種局部雙向拉伸高應(yīng)變率變形，這種變形形式可以提升板料成形能力；研究金屬板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，分析沖擊速度、沖擊動(dòng)能與板料的變形形態(tài)及變形量的關(guān)系，不僅為板料漸進(jìn)沖擊成形奠定理論基礎(chǔ)，也為高韌性板料的沖擊成形以及飛行器、車輛等器械的板料防護(hù)與破損研究提供一種途徑。近百年來金屬曲面板件主要使用模具沖壓成形，隨著相關(guān)學(xué)科快速發(fā)展與相互融合，將最傳統(tǒng)的板料人工錘擊成形工藝融合數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與工程力學(xué)理論，探索金屬板料漸進(jìn)沖擊成形，實(shí)現(xiàn)曲面板件的快捷與精確成形。板料漸進(jìn)沖擊成形效率與精度不僅與沖擊動(dòng)能與速度有關(guān)，也與板料的漸近沖擊成形路徑、沖擊成形工藝參數(shù)也密切相關(guān)，對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的研究將為板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的應(yīng)用打下理論與技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞(用分號(hào)分開，最多5個(gè))FORMTEXT板料；成形；沖擊；高應(yīng)變率；樣條曲線項(xiàng)目組主要參與者（注:項(xiàng)目組主要參與者不包括項(xiàng)目申請(qǐng)人）編號(hào)姓名出生年月性別職稱學(xué)位單位名稱電話電子郵箱項(xiàng)目分工每年工作時(shí)間（月）11949-7-25男教授碩士揚(yáng)州大ims@方案論證與規(guī)劃821957-3-12男教授博士揚(yáng)州大izengcf@163.com材料沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1031954-4-27男高級(jí)工程師碩士揚(yáng)州大hytang@試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制造1041976-3-9男講師碩士揚(yáng)州大henfei@力學(xué)分析與仿真1051971-9-23男工程師碩士揚(yáng)州大zhli@板料沖擊變形試驗(yàn)1061987-8-21男碩士生學(xué)士揚(yáng)州大學(xué)0514-87978377489646730@沖擊成形路徑規(guī)劃1071988-8-23男碩士生學(xué)士揚(yáng)州大dhuangjian@自動(dòng)數(shù)控編程軟件開發(fā)1089總?cè)藬?shù)高級(jí)中級(jí)初級(jí)博士后博士生碩士生FORMTEXT=ffdMmb_seniorno+ffdMmb_middle_no+ffdMmb_juniorno+ffdMmb_postdrno+ffdMmb_drcanno+ffdMmb_mscanno88FORMTEXT4FORMTEXT2FORMTEXTFORMTEXTFORMTEXTFORMTEXT2說明:高級(jí)、中級(jí)、初級(jí)、博士后、博士生、碩士生人員數(shù)由申請(qǐng)人負(fù)責(zé)填報(bào)（含申請(qǐng)人），總?cè)藬?shù)由各分項(xiàng)自動(dòng)加和產(chǎn)生。經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表（金額單位：萬元）科目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)備注（計(jì)算依據(jù)與說明）一.研究經(jīng)費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb3:b3)+sum(tbl_budgetb9:b9)+sum(tbl_budgetb12:b12)+sum(tbl_budgetb15:b16)5252.0000FORMTEXT1.科研業(yè)務(wù)費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb4:b8)2222.0000FORMTEXT（1）測(cè)試/計(jì)算/分析費(fèi)FORMTEXT8.0000FORMTEXT板料沖擊變形試驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值模擬分析計(jì)算（2）能源/動(dòng)力費(fèi)FORMTEXT4.0000FORMTEXT1FORMTEXT電力、機(jī)油等消耗（3）會(huì)議費(fèi)/差旅費(fèi)FORMTEXT4.0000FORMTEXT會(huì)務(wù)費(fèi)、調(diào)研費(fèi)（4）出版物/文獻(xiàn)/信息傳播費(fèi)FORMTEXT4.0000FORMTEXT論文版面費(fèi)、文獻(xiàn)、紙張、打印費(fèi)（5）其他FORMTEXT2.0000FORMTEXT資料費(fèi)等2.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb10:b11)1313.0000FORMTEXT（1）原材料/試劑/藥品購(gòu)置費(fèi)FORMTEXT8.0000FORMTEXT試驗(yàn)用材料與材料預(yù)加工費(fèi)（2）其他FORMTEXT5.0000FORMTEXT試驗(yàn)用各種易損傳感器、電器耗材、沖擊構(gòu)件費(fèi)用3.儀器設(shè)備費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb13:b14)1010.0000FORMTEXT（1）購(gòu)置FORMTEXT4.0000FORMTEXT試驗(yàn)專用測(cè)試儀器的購(gòu)置（2）試制FORMTEXT6.0000FORMTEXT試驗(yàn)裝置部分工裝的加工4.實(shí)驗(yàn)室改裝費(fèi)FORMTEXT4.0000FORMTEXT實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與試驗(yàn)條件的改善5.協(xié)作費(fèi)FORMTEXT3.0000FORMTEXT個(gè)別測(cè)試儀器的外協(xié)與使用費(fèi)二.國(guó)際合作與交流費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb18:b19)33.0000FORMTEXT1.項(xiàng)目組成員出國(guó)合作交流FORMTEXT3.0000FORMTEXT出國(guó)參加國(guó)際學(xué)術(shù)交流費(fèi)用2.境外專家來華合作交流FORMTEXTFORMTEXT三.勞務(wù)費(fèi)FORMTEXT3.0000FORMTEXT研究生勞務(wù)補(bǔ)助四.管理費(fèi)FORMTEXT3.0000FORMTEXT科研項(xiàng)目管理費(fèi)合計(jì)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb2:b2)+sum(tbl_budgetb17:b17)+sum(tbl_budgetb20:b21)6161.0000FORMTEXT與本項(xiàng)目相關(guān)的

其他經(jīng)費(fèi)來源國(guó)家其他計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)FORMTEXT其他經(jīng)費(fèi)資助（含部門匹配）FORMTEXT22.0000其他經(jīng)費(fèi)來源合計(jì)FORMTEXT=sum(tbl_budgetc23:c24)2222.0000 第61頁(yè) 申請(qǐng)者在撰寫報(bào)告正文時(shí)，請(qǐng)遵照以下要求：1、

請(qǐng)先選定"項(xiàng)目基本信息"中的"資助類別"，再填寫報(bào)告正文；2、

在撰寫過程中，不得刪除系統(tǒng)已生成的撰寫提綱（如誤刪可點(diǎn)擊“查看報(bào)告正文撰寫提綱”按鈕，通過"復(fù)制/粘貼"恢復(fù)）；3、

請(qǐng)將每部分內(nèi)容填寫在提綱下留出的空白區(qū)域處；4、

本要求將作為申請(qǐng)書正文撰寫是否規(guī)范的評(píng)判依據(jù)，請(qǐng)遵照要求填寫。 報(bào)告正文面上項(xiàng)目申請(qǐng)書撰寫提綱（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（4000-8000字）：項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻(xiàn)目錄）曲面板料成形件具有薄殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并且重量輕、材料省、受力狀態(tài)好、幾何造型流暢。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，曲面板料成形件的需求量越來越大。特別是在航空航天、輪船艦艇、車輛、風(fēng)力發(fā)電裝置等行業(yè)，曲面板料成形件占有舉足輕重的地位。目前曲面板件傳統(tǒng)的成形方法主要是使用模具沖壓成形[1]；而模具的設(shè)計(jì)制造周期比較長(zhǎng)，需要長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)試模，且模具材料和加工成本都比較高，因此傳統(tǒng)的模具沖壓成形方法很難滿足此類要求[2]。特別對(duì)于中小批量的曲面板件，如采用傳統(tǒng)的整體模具沖壓成形，更顯得其制造成本高、周期長(zhǎng)；一些復(fù)雜形狀板件，在使用整體模具沖壓成形過程中，常常發(fā)生板料的起皺或破裂等現(xiàn)象，這樣也限制了板料的沖壓成形能力；另外，對(duì)于一些難以加工的材料，采用傳統(tǒng)的沖壓工藝不易成形。因此，需要探索新型的板料成形方式，以提升板料的成形效率與成形質(zhì)量，拓展板料成形能力。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者一直致力于板料塑性成形新技術(shù)的研究，努力實(shí)現(xiàn)金屬板料快速高效的柔性沖壓和無模成形，以適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)產(chǎn)品快速更新的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要[3]。板料柔性成形技術(shù)和可重構(gòu)模具技術(shù)得到廣泛的重視與發(fā)展，這為板料塑性成形新技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了新的空間。近年來出現(xiàn)了多種板料柔性加工方式，以適應(yīng)這種多變的市場(chǎng)需求。1.1典型的板料柔性加工方式現(xiàn)有的板料柔性成形和無模成形技術(shù)主要有旋壓成形、電磁力成形、激光熱效應(yīng)成形、激光沖擊成形、多點(diǎn)成形法、噴丸成形法、高壓水噴射成形法、無模液壓脹形法、壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形法等技術(shù)。（1）壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)(a)板料成形前(b)(a)板料成形前(b)板料成形中圖1壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形示意圖板料數(shù)控漸進(jìn)成形的加工過程如圖1所示。板料成形時(shí)，首先將被加工板料置于一個(gè)通用芯模上，在托板四周用壓板夾緊板料，該托板可沿導(dǎo)柱上下滑動(dòng)。然后將該裝置固定在三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控成形機(jī)上，成形工具頭走到指定位置，分層漸進(jìn)下壓板料，使板料成形[4~5]。數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)的特點(diǎn)：（a）是一種無模成形技術(shù)，用工具壓頭迫使板料成形；（b）只需變更程序就可改變板料成形形狀；（c）少批量生產(chǎn)可以降低模具費(fèi)用；（d）三軸CNC控制操作性好；（e）低噪音、高安全性；（f）成形板件的尺寸精度很難控制，加工效率有待提升；（g）在成形不規(guī)則曲面板件時(shí)，需要定制專用的支撐模型。（2）激光沖擊成形1.激光脈沖2.壓板裝置3.約束層4.能量吸收層5.工件圖2板料激光沖擊成形示意圖激光沖擊成形是利用激光誘導(dǎo)的沖擊波壓力作為板料塑性成形的變形力，從而實(shí)現(xiàn)金屬板料的塑性變形。圖2為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，在激光作用下，能量吸收層的快速氣化對(duì)板料產(chǎn)生沖擊力，迫使板料產(chǎn)生塑性變形[6]。金屬板料激光沖擊技術(shù)是一種無模成形技術(shù)1.激光脈沖2.壓板裝置3.約束層4.能量吸收層5.工件圖2板料激光沖擊成形示意圖（a）加工柔性大，既可成形單曲率外形板料，又可成形雙曲率外形板料；（b）可對(duì)難加工的板料進(jìn)行成形；（c）無需模具，加工柔性高，成形后材料性能好；（d）在較大面積板料成形時(shí)，由于沖擊力的大小以及力的作用方向很難控制，因此板料成形精度很難預(yù)先控制；（e）由于一次激光沖擊板料變形量很小，板料需要多次成形，每次成形需要重新涂覆能量吸收層，板料變形后，透明的約束層目前很難實(shí)施。（3）無模多點(diǎn)成形技術(shù)20世紀(jì)70年代，日本造船界開始研究多點(diǎn)成形壓力機(jī)，并成功應(yīng)用于船體外板的曲面成形。此后許多學(xué)者為開發(fā)多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行了大量的探討與研究，制作了不同的樣機(jī)。在國(guó)內(nèi)吉林工業(yè)大學(xué)李明哲等人對(duì)無模多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，已自主設(shè)計(jì)并制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無模多點(diǎn)成形設(shè)備[2]。圖3多點(diǎn)模具成形過程圖4多點(diǎn)壓機(jī)成形過程其基本原理是利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過對(duì)各個(gè)基本體的控制，構(gòu)造出所需形狀的成形面，取代傳統(tǒng)的模具來實(shí)現(xiàn)板料三維的快速無模成形[2]圖3多點(diǎn)模具成形過程圖4多點(diǎn)壓機(jī)成形過程(a)多點(diǎn)模具成形。在成形前,通過計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)各基本體的高度形成所需的成形曲面。上下基本體群在板料成形過程中分別成為一體,相鄰基本體之間無相對(duì)移動(dòng),其與傳統(tǒng)模具成形相似。圖3所示為多點(diǎn)模具成形過程。(b)多點(diǎn)壓機(jī)成形。這種方法充分地利用了多點(diǎn)成形方法的柔性特點(diǎn),在板料成形過程中分別控制各基本體的位移,可以給予板料任意的變形路徑。成形過程中全部基本體始終和板料保持接觸,對(duì)板料保持最大程度的約束[8]。圖4所示為多點(diǎn)壓機(jī)成形過程。與傳統(tǒng)的模具成形技術(shù)相比，多點(diǎn)成形技術(shù)有其自身特點(diǎn)：（a）實(shí)現(xiàn)模具的快速重構(gòu)。通過對(duì)基本體的調(diào)節(jié)來構(gòu)造出各種不同的成形曲面，可以取代傳統(tǒng)的整體模具；（b）優(yōu)化成形路徑。通過調(diào)整基本體實(shí)時(shí)控制變形曲面，改變板料的變形路徑和受力狀態(tài)。也可采用反復(fù)成形新技術(shù)，保證工件的成形精度。特別是多點(diǎn)壓機(jī)成形技術(shù)有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，成形過程中全部基本體始終和板料保持接觸,對(duì)板料保持最大程度的約束，有效地抑制起皺，提高板料變形能力。但是多點(diǎn)壓機(jī)成形技術(shù)是對(duì)眾多基本體進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整控制，且基本體調(diào)整的驅(qū)動(dòng)力大，目前在技術(shù)上難以實(shí)施。（4）多點(diǎn)壓板成形方式借鑒多點(diǎn)壓機(jī)成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又要降低技術(shù)上的實(shí)施難度，揚(yáng)州大學(xué)宋愛平提出了“多點(diǎn)壓板成形技術(shù)”。多點(diǎn)壓板成形方式就是在板料成形過程中對(duì)板面施加彈性壓板力，提高板料的失穩(wěn)臨界應(yīng)力，從而減少板料的受壓屈曲與起皺，提高板料變形能力[9]。多點(diǎn)壓板成形過程如圖5所示。每個(gè)柔性桿伸出長(zhǎng)度可以預(yù)先調(diào)整，柔性桿內(nèi)部有壓簧，每個(gè)柔性桿設(shè)置有確定的退縮量。板料在成形過程中，板料的上、下面一直受柔性桿沖壓頭的約束，沖壓頭對(duì)板面施加板面彈性壓板力。在若干離散的單元柔性桿作用下，板料經(jīng)過“放料”“壓邊”“壓板”“壓板與成形”“定型”五個(gè)過程[9]。A.放料B.壓邊C.壓板D.壓板與成形E.定型1、柔性桿2、板料3、壓邊桿4、變形沖壓頭圖5多點(diǎn)壓板成形工藝多點(diǎn)壓板成形模具由若干個(gè)柔性桿構(gòu)成，在板料沖壓成形加工時(shí)，“壓板”與“成形”同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)“多點(diǎn)壓板”與“多點(diǎn)成形”沖壓工藝，這種過程可以有效地減少板料在成形過程中的受壓屈曲與起皺，提升板料的沖壓成形能力。柔性桿的沖壓頭可以是標(biāo)準(zhǔn)的球面，也可以是定制形體，不同形狀的沖壓頭使用快速原型系統(tǒng)快速定制[10]。不管是無模多點(diǎn)成形技術(shù)，還是多點(diǎn)壓板成形技術(shù)，都是一種可重構(gòu)模具，模具的重構(gòu)與調(diào)整需要一定的時(shí)間與成本；另外，板料是由有限個(gè)壓點(diǎn)沖壓成形的，由于壓點(diǎn)的有限性與模具體的尺寸限制，成形的板件尺寸與精度也有一定的局限性。為了探索一種更高柔性、更高效率的板料成形技術(shù)，更好地提升板料的成形能力，仍需要研究新型的板料成形方式，板料漸進(jìn)沖擊成形方式就是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的而提出。1.2板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的構(gòu)思以上分析了幾種國(guó)內(nèi)外板料柔性成形及可重構(gòu)模具技術(shù)的特點(diǎn)，特別是板料柔性成形技術(shù)由于其在理念上的創(chuàng)新性和其誘人的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[11-13]。上述的各種板料成形方法各有其特點(diǎn)，為了更好的滿足板料的快速與柔性成形，本課題首次提出一種新型的板料柔性成形技術(shù)——板料漸進(jìn)沖擊成形，以探索一種高效率、低成本、高柔性的板料塑性成形技術(shù)。即使用剛性沖擊頭對(duì)板料實(shí)施快速、有序的沖擊，將沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板料的變形能，實(shí)現(xiàn)板料的可控變形。漸進(jìn)成形的思路是將復(fù)雜的三維形狀分解成一系列二維層，并在二維層上進(jìn)行塑性加工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造一體化的柔性快速制造[3]。板料漸進(jìn)沖擊成形的基本原理如圖6所示，將被加工板料四周用壓板夾緊，板料下面放置可壓縮彈性物體，板料安裝平臺(tái)實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)（數(shù)控X、Y軸運(yùn)動(dòng)）。加工時(shí)，將沖擊器固定在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控設(shè)備的Z向移動(dòng)平臺(tái)上，根據(jù)工件幾何形狀信息，通過數(shù)控程序控制沖擊桿以走等高線的方式（或等變形梯度方式）運(yùn)動(dòng)，沖擊桿高速?zèng)_擊板料，使板料逐步變形為所需形狀。1.沖擊桿2.板料3.壓邊裝置4.可壓縮彈性體圖6板料漸進(jìn)沖擊成形方式示意圖初步設(shè)想是利用高頻沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)沖擊桿產(chǎn)生高頻、高速運(yùn)動(dòng)，沖擊板料，使沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板料變形能，其產(chǎn)生的瞬間沖擊應(yīng)力遠(yuǎn)大于材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，從而使板料產(chǎn)生塑性變形。通過調(diào)節(jié)氣缸的壓力與氣體流量就可以改變沖擊桿的沖擊速度和沖擊動(dòng)能，控制板料的變形量，適應(yīng)不同厚度與不同力學(xué)性能的板料1.沖擊桿2.板料3.壓邊裝置4.可壓縮彈性體圖6板料漸進(jìn)沖擊成形方式示意圖高速?zèng)_擊桿迫使板料產(chǎn)生局部快速變形，沖擊接觸區(qū)域變形明顯，而在接觸區(qū)域周圍變形量很小，沖擊速度越快板料變形的局部性越明顯，這樣就可以有效的保證板料的成形精度；另外，板料的沖擊變形是一種局部高應(yīng)變率的雙向拉伸板料變形，高應(yīng)變率拉伸變形不僅可以提升板料的成形能力，同時(shí)可以確保板料不發(fā)生起皺現(xiàn)象，這樣既有利于成形復(fù)雜形狀的板件，也有益于加工一些難以成形的材料。板料沖擊成形方法是一種漸進(jìn)成形方式，板料每次沖擊變形量大約在0.1～5mm之間，大變形曲面板件需要實(shí)施多遍的沖擊成形，板料漸進(jìn)成形可以提升板料的成形能力。初步的研究與試驗(yàn)表明：板料數(shù)控漸進(jìn)沖擊成形具有成形速度快，靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)，并且不需要定制專用的器具，就可以直接成形復(fù)雜的曲面板件。1.3板料漸進(jìn)沖擊成形方式的思路與特點(diǎn)板料漸進(jìn)沖擊成形的思想主要來源于“針式打印機(jī)”的原理，其也是對(duì)“多點(diǎn)成形技術(shù)”與“壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)”的拓展。漸進(jìn)沖擊成形的思想來源于針式打印機(jī)的原理?；仡櫳锨暧∷⒓夹g(shù)發(fā)展史，主要有四個(gè)階段：一是手工抄寫法，二是雕版印刷法，三是活字印刷法，四是目前的針式打?。c(diǎn)陣式打?。┘夹g(shù)。如果將板料曲面成形技術(shù)的發(fā)展過程與其類比，其主要有三個(gè)階段：一是板料手工錘擊成形，二是整體模具沖壓成形，三是可重構(gòu)模具技術(shù)，這三個(gè)發(fā)展過程與印刷技術(shù)發(fā)展過程的前三個(gè)階段從形式上有明顯的相似之處。針式打印的思想是通過若干點(diǎn)構(gòu)建二維圖形與符號(hào)；而數(shù)控漸近沖擊成形的思想是通過高頻沖擊成形，每秒可以沖擊上百次，若干個(gè)密集的沖擊變形點(diǎn)構(gòu)成板料三維成形面?，F(xiàn)在將針式打印技術(shù)的思想移植到板料曲面成形技術(shù)方面，將是對(duì)板料塑性成形技術(shù)的重大推進(jìn)。漸進(jìn)沖擊成形也是對(duì)多點(diǎn)成形技術(shù)的拓展。多點(diǎn)成形中壓桿對(duì)板料的壓點(diǎn)數(shù)是有限的，壓點(diǎn)位置也是受限制的，壓點(diǎn)之間有一定尺寸的間距，非壓點(diǎn)處的板料成形位置不夠精確，特別對(duì)于薄板成形誤差更明顯；另外，該模具必須先根據(jù)板件形狀重新構(gòu)造后，再實(shí)施板料沖壓成形，板料沖壓成形的靈活性不強(qiáng)。在數(shù)控漸進(jìn)沖擊成形中，沖擊桿的沖擊位置由計(jì)算機(jī)控制，沖擊點(diǎn)變形區(qū)域是重疊的，對(duì)板料的沖擊成形點(diǎn)可以認(rèn)為是無限的，對(duì)于不同形狀的板件沖擊成形，只要改變數(shù)控程序，就可以實(shí)現(xiàn)不同曲面板件的沖擊成形加工。漸進(jìn)沖擊成形是使用較小的沖擊動(dòng)能實(shí)現(xiàn)板料的局部塑性變形，這樣就不需要配置大型的、高耗能的壓力設(shè)備，同時(shí)成形板件的尺寸與形狀可以快速變換，使其具有更好的加工柔性與快捷性。漸進(jìn)沖擊成形也是對(duì)壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)的拓展。壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形是通過壓桿的壓力迫使板料變形，這樣成形力較大，也難以實(shí)現(xiàn)較厚板料的成形；另外其壓桿與板料始終接觸，壓桿進(jìn)給時(shí)會(huì)有進(jìn)給阻力，該進(jìn)給阻力可能會(huì)引起板料的扭曲，影響成形精度與成形效率。漸進(jìn)沖擊成形就是將壓桿式數(shù)控漸進(jìn)成形的剛性壓桿換為沖擊桿，沖擊桿對(duì)板料實(shí)施高頻、高速的沖擊成形，沖擊動(dòng)能可以調(diào)節(jié)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄板與中等厚度板料的成形，也不會(huì)產(chǎn)生進(jìn)給阻力；另外高應(yīng)變率的板料局部變形不會(huì)產(chǎn)生板料起皺，板料的成形能力也得到相應(yīng)提升。數(shù)控漸進(jìn)沖擊成形方式是一種曲面板件的無模成形技術(shù)，板料沖擊成形時(shí)不需要定制模板或支撐機(jī)構(gòu)，使用三維造型系統(tǒng)得到板件的三維模型，分析三維模型數(shù)據(jù)就可以自動(dòng)生成數(shù)控程序，控制沖擊桿與板料安裝平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真正的板料的無模成形。數(shù)控漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)具有明顯的創(chuàng)新性，其具有成形速度快，柔性好，板料成形質(zhì)量高等特點(diǎn)。當(dāng)然要實(shí)施板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)首先要研究板料沖擊變形的力學(xué)機(jī)理，分析沖擊速度、沖擊能與板料的變形形態(tài)及變形量的關(guān)系；同時(shí)要結(jié)合沖擊變形的特點(diǎn)，優(yōu)化板料的漸進(jìn)成形路徑。1.4板料漸進(jìn)沖擊成形對(duì)提升板料的成形能力的作用由于板料數(shù)控漸進(jìn)沖擊成形具有其獨(dú)特性，其是通過沖擊動(dòng)能引起板料的局部高應(yīng)變率變形，因此，高應(yīng)變率下的板料變形特征需要進(jìn)一步研究，同時(shí)板料沖擊變形形態(tài)與沖頭形狀、沖擊速度、沖擊動(dòng)能有密切的關(guān)系，其也需要深入探索；另外，板料的漸進(jìn)沖擊成形過程、成形路徑與板料的成形能力與成形精度也有密切的關(guān)系。(1)板料的高應(yīng)變率變形目前人們對(duì)板料沖擊變形的研究不多，相關(guān)的研究主要集中于板料的沖擊破裂與金屬材料高應(yīng)變率壓縮變形方面。文獻(xiàn)[14][15]分析了沖擊荷載作用下金屬方板的變形與起裂，提出荷載作用面積和邊界條件對(duì)方板的起裂沖量有影響；單向支承方板與固支方板相比，由于產(chǎn)生了面內(nèi)位移,抗裂能力提高，抗起裂沖量明顯提高。文獻(xiàn)[16][17]分析了高速?zèng)_擊下材料的增塑效應(yīng)、變形形態(tài)及性能，提出金屬在高速?zèng)_擊下的塑性變形形態(tài)分為二種，即熱塑性失穩(wěn)和均勻塑性變形，并認(rèn)為在高速?zèng)_擊下材料中的均勻塑性變形在一定的條件下對(duì)提高其動(dòng)態(tài)性能是有利的。文獻(xiàn)[18-20]對(duì)鐵、鋁金屬塊進(jìn)行高速壓縮變形實(shí)驗(yàn)，提出：隨著應(yīng)變率的增大，應(yīng)變硬化率降低，而且應(yīng)變值較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象，接近于理想彈塑性模型；與準(zhǔn)靜態(tài)條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較，高應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線的初始段斜率增大，并提前進(jìn)入塑性變形階段，隨著應(yīng)變率的增加，屈服應(yīng)力及整條曲線趨于上升。文獻(xiàn)[21][22]提出在高速拉伸狀態(tài)下，可以提升鋼板的延展性，有效地減少板料的開裂。文獻(xiàn)[23]提出，TA2鈦板具有明顯的各向異性和雙向強(qiáng)化效應(yīng)，其雙向比例極限和屈服強(qiáng)度比其單向比例極限和屈服強(qiáng)度高40％。文獻(xiàn)[24][25]提出高應(yīng)變率壓縮可以提升金屬板料的延展能力。文獻(xiàn)[7][26]分析了板料在激光沖擊下的受力變形，推導(dǎo)出板料激光沖擊變形量與沖擊能、沖擊方向的關(guān)系。文獻(xiàn)[27]指出了慣性是影響高速率成形性的主要因素，它有助于分散變形，抑制變形集中化，抑制縮頸集中化；應(yīng)變速率的增加可能引起材料本構(gòu)關(guān)系的改變，從而增加材料成形性。雖然目前對(duì)金屬板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型沒有明確的研究結(jié)果，但是根據(jù)以上文獻(xiàn)可以初步的推論：對(duì)于絕大多數(shù)金屬材質(zhì)板料，高應(yīng)變率的變形可以提升板料的成形能力，同時(shí)板料局部高應(yīng)變率變形不會(huì)產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，特別對(duì)于一些難以成形的材料也可以實(shí)施高速?zèng)_擊成形。（2）板料漸進(jìn)成形與漸變曲面幾何描述方法板料的漸進(jìn)變形也可以提升板料的成形能力[5]。為了描述板料變形過程中的曲面形狀，也為了規(guī)劃板料漸進(jìn)成形路徑，結(jié)合沖擊變形的特點(diǎn)，需要研究一種新型的曲面幾何描述方式，要能將曲面描述特征點(diǎn)與板料漸進(jìn)成形路徑的控制點(diǎn)融合，這樣便于分析曲面數(shù)據(jù)，有利于優(yōu)化板料漸進(jìn)成形路徑，簡(jiǎn)化數(shù)控程序的編制過程。文獻(xiàn)[28]應(yīng)用離散傅里葉變換描述能夠體現(xiàn)板材多點(diǎn)成形時(shí)各基本體之間的相互耦合關(guān)系,提高了多點(diǎn)成形工件的精度。文獻(xiàn)[29]提出針對(duì)復(fù)雜曲面物體在虛擬環(huán)境中的再現(xiàn)問題，依據(jù)復(fù)雜曲面上提取的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)，快速反算曲面的控制頂點(diǎn)；由控制頂點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)矢量確定B樣條曲面。文獻(xiàn)[30]提出用若干雙三次Bezier小曲面片拼接來擬合大曲面，在解決曲面片反算問題的基礎(chǔ)上，提出曲面片的一種光滑拼接方案，該方法用于頭骨修補(bǔ)鈦曲面板的分析。文獻(xiàn)[31]基于給定權(quán)構(gòu)造的重心有理插值來計(jì)算導(dǎo)數(shù)的近似值,再通過兩族參數(shù)作為形狀調(diào)節(jié)參數(shù)來構(gòu)造3/1型有理插值樣條，使得插值函數(shù)保單調(diào)、保凸。根據(jù)板料漸進(jìn)沖擊變形的特點(diǎn)，板料變形過程曲面幾何描述方式必須具有靈活的曲面構(gòu)造能力，具備良好的局部可控性，并能將局部描述小曲面光順的拼接為整體描述曲面，也可以將整體描述曲面分解為若干個(gè)小曲面描述，并能將曲面描述特征點(diǎn)與板料漸進(jìn)成形路徑的控制點(diǎn)融合?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中提出的曲面描述方法還不能完全滿足這些需求，仍需要探索一種新型的曲面板料的幾何表達(dá)方法。本課題首次提出板料漸進(jìn)沖擊成形方式，具有明顯的創(chuàng)新性，將沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板料變形能，采用較小的驅(qū)動(dòng)能就可以使金屬板料實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)成形，其具有板料成形速度快、可控性強(qiáng)、靈活性好、板料成形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本課題對(duì)高速?zèng)_擊變形時(shí)板料的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型以及板料沖擊變形狀態(tài)的研究，不僅將對(duì)板料沖擊成形技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，而且該研究結(jié)果對(duì)車輛、船舶、飛機(jī)、衛(wèi)星等器械的板料防護(hù)安全與板料破損的研究也具有一定的參考作用，同時(shí)對(duì)提升板料成形能力、改善材料力學(xué)性能也有一定的幫助。本課題依托板料塑性成形理論、沖擊動(dòng)力學(xué)、沖壓技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控技術(shù)，探索曲面板件的敏捷加工方法，其對(duì)多品種、小批量曲面板件的快速加工更具有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)一些復(fù)雜板件與難加工材料的成形具有明顯的作用。目前，國(guó)內(nèi)正在進(jìn)行大飛機(jī)、高速軌道機(jī)車、新型的航天航空飛行器等高科技項(xiàng)目的研究，這些高科技項(xiàng)目都涉及到曲面板件的快速成形加工。本課題的研究?jī)?nèi)容為曲面板件的快速成形加工提出了一種新思路，同時(shí)也將為汽車覆蓋件、軍工產(chǎn)品的板件、飛行器的蒙皮、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外罩等各種板件的快速加工提供一種新型的加工方法。參考文獻(xiàn)：[1]李碩本編著.沖壓工藝?yán)碚撆c新技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2002年10月[2]李明哲,蔡中義,崔相吉.多點(diǎn)成形——金屬板材柔性成形的新技術(shù)[J].金屬成形工藝,2002,Vo1.20(6):5-9[3]宋愛平,易紅,湯文成,倪中華.桿系柔性成形模具及其板成形加工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2005,Vol.16(21)[4]莫健華,陳正迪等.金屬板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2002(12):25-27[5]李瓏果,高霖,韋紅余.金屬板料漸進(jìn)成形有限元仿真過程中復(fù)雜成形路徑的構(gòu)建方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),Vol.42(6),2006，227-230[6]周建忠,張永康,周明等.單次激光沖擊下板料變形的理論分析[J].中國(guó)激光，Vol.32(1)，2005，135-138[7]殷蘇民,張雷洪,楊興華等.板料激光斜沖擊下受力變形數(shù)學(xué)分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，Vol.37(12),2006,185-188[8]裴永生，彭加耕，李明哲.多點(diǎn)成形過程中基本體群調(diào)形技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，Vol.44(1)，2008，150-154[9]宋愛平，王隆太，李吉中等，板面彈性壓板力對(duì)提升板料失穩(wěn)臨界應(yīng)力的作用及其應(yīng)用[J].中國(guó)工程科學(xué)，2009，Vol.11(2)，53-59[10]宋愛平,王隆太,李鷺揚(yáng),多點(diǎn)壓板成形技術(shù)及其板料沖壓成形工藝[J].塑性工程學(xué)報(bào),2008，vol.15(5)，108-114[11]K.Mori,M.Yamamoto,K.Osakada.Determinationofhammeringsequenceinincrementalsheetmetalformingusingageneticalgorithm[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,Vol.60,1996,463-468[12]Piskun,V.V.ElastoplasticdeformationofacompounddiskunderimpulsiveloadingInternationalAppliedMechanics,v.41(4),2005,421-425[13]DanielF.W,JeanF.H,JohnM.P.UsingReconfigurableToolingandSurfaceHeatingforIncrementalFormingofCompositeAircraftParts,JournalofManufacturingScienceandEngineering[J],2003,Vol.125(3)[14]崔高領(lǐng),蔣志剛,胡平.沖擊荷載作用下金屬方板的變形與起裂分析[J].振動(dòng)與沖擊，Vol.27(10),2008,170-174[15]Gupta,Nagesh.Deformationandtearingofcircularplateswithvaryingsupportconditionsunderuniformimpulsiveloads[J].Int.J.ImpactEng.,2007(34),42—59.[16]楊振字.高速?zèng)_擊下材料的增塑效應(yīng)、變形形態(tài)及性能[J].兵器材料科學(xué)與工程。No.1,1990,7-13[17]M.Jiea,C.H.Cheng,L.C.Chanb,C.L.Chowa.Forminglimitdiagramsofstrain-rate-dependentsheetmetals[J].InternationalJournalofMechanicalSciences,Vol.51,2009,269-275[18]包衛(wèi)平，任學(xué)平.純鐵在高應(yīng)變率下的流動(dòng)應(yīng)力特征及其動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系[J].塑性工程學(xué)報(bào)，Vo1.16(5),2009,125-129[19]王金鵬,曾攀,雷麗萍.2024A1高溫高應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J].塑性工程學(xué)報(bào)，Vol.15(3)，2008，101-105[20]R.Smerda,S.Winklera,C.Salisburya.Highstrainratetensiletestingofautomotivealuminumalloysheet[J].InternationalJournalofImpactEngineering，Vol.32(2005)541-560[21]HaidongYu,YongjinGuo,XinminLai.Rate-dependentbehaviorandconstitutivemodelofDP600steelatstrainratefrom10-4to103s-1[J].MaterialsandDesign，Vol.30(2009),2501-2505[22]尚兵,盛精,王寶珍.不銹鋼材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型[J].爆炸與沖擊,2008,Vol.28(6),527-531[23]任家陶,李岡陵,豆志武.雙向拉伸試驗(yàn)的進(jìn)展與鈦板雙向拉伸的強(qiáng)化研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)Vol.16(2),2001,198-205[24]MalaSeth,VincentJ.,GlennS.Formabilityofsteelsheetinhighvelocityimpact[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,Vol.168(2005),390-400[25]RenfuLi,GeorgeA.,J.Simitses.Point-wiseimpulse(blast)responseofacompositesandwichplateincludingcorecompressibilityeffects[J].InternationalJournalofSolidsandStructures,Vol.46(2009),2216-2223[26]ZhangYK,ZhangXR,WangXD,etal.Elasticpropertiesmodificationinaluminumalloyinducedbylaser-shockprocessing[J].MaterialScienceandEngineering,2001[A],Vol.297:138-143.[27]孟正華,黃尚宇.高速率成形中材料成形性的影響因素[J].鍛壓技術(shù),Vol32(4),2007[28]劉純國(guó),李明哲,隋振.多點(diǎn)閉環(huán)成形中基本體群曲面描述方法的研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,Vol.14(24),2003,2071-2073[29]陳國(guó)振,劉靜華.B樣條曲面自適應(yīng)擬合算法[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),Vol.33(2),2007,210-213[30]陳煉,湯正詮,賈紅麗.5X5片雙三次Bezier曲面片的一類C2光滑拼接方案[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算數(shù)學(xué)學(xué)報(bào),2007,Vol.21(2),1-9[31]趙前進(jìn),唐如忠,張玉武.3/1型有理插值樣條[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào),2010,Vol.25(1),65-68項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。研究?jī)?nèi)容：本課題的主要研究?jī)?nèi)容：分析金屬板料的沖擊變形力學(xué)機(jī)理，研究金屬板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上分析高速?zèng)_擊下的板料變形形態(tài)，確定沖擊動(dòng)能與板料沖擊變形量的關(guān)系，研究板料漸變過程中曲面板料的幾何描述方法，規(guī)劃板料漸進(jìn)成形路徑，構(gòu)建板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)施板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)，為漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容有如下幾方面。（1）金屬板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型的研究初步的研究發(fā)現(xiàn)快速的沖擊變形會(huì)改變材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。金屬材料的變形主要體現(xiàn)為材料晶格的滑移，由于材料晶格的滑移也是有時(shí)間域的，這樣會(huì)產(chǎn)生材料變形的遲滯性，這種遲滯性會(huì)改變材料的本構(gòu)模型；同時(shí)高速變形時(shí)材料慣性的影響將會(huì)增大，材料受力變形更加均衡，不易產(chǎn)生縮頸，材料的變形能力會(huì)有所提升。當(dāng)然這種分析結(jié)果需要通過深入的理論分析與試驗(yàn)研究加以論證，本課題將重點(diǎn)研究金屬板料在高速?zèng)_擊變形下的變形特征及其應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型。該研究?jī)?nèi)容不僅為金屬板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的研發(fā)打下理論基礎(chǔ)，也為其他各種板料高速變形分析提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為高韌性板料的沖擊成形提供一種有效的途徑。（2）高速?zèng)_擊下的板料變形形態(tài)沖擊速度、沖擊能的變化會(huì)改變板料的變形狀態(tài)。初步的分析表明：沖擊速度越高，板料的變形局部性越明顯，沖擊力對(duì)沖擊接觸區(qū)域外圍的板料變形影響越小。已有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明：自由飛行的高速?gòu)椡枳矒艚饘侔辶蠒r(shí)，只在板料上留下與彈丸直徑相當(dāng)?shù)目?，孔周圍的板料變形量很??；而使用同等?dòng)能大彈丸低速撞擊金屬板料時(shí)，會(huì)在板料撞擊接觸處產(chǎn)生較大的變形量，同時(shí)其撞擊接觸處周圍也會(huì)產(chǎn)生明顯的變形。同理，采用較小直徑的沖擊桿高速撞擊板料，同時(shí)控制沖擊桿的行程，這樣只會(huì)在板料撞擊接觸處產(chǎn)生一定的變形量，沖擊接觸區(qū)域外圍的板料變形量很小。這種沖擊變形狀態(tài)正是板料沖擊成形所需要的變形形式，板料沖擊成形時(shí)，板料的變形越是局部化，越能夠精確的控制板料的變形量，從而實(shí)現(xiàn)板料的精確成形。為了實(shí)現(xiàn)板料沖擊變形的局部化，精確的控制板料的變形，就要研究在不同沖擊速度與沖擊動(dòng)能狀態(tài)下的板料變形形態(tài)。這樣就可以根據(jù)不同的材料力學(xué)性能與板料厚度選擇合適的沖擊速度與沖擊動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)板料的精確成形。（3）沖擊動(dòng)能與板料沖擊變形量的關(guān)系為了實(shí)現(xiàn)板料的精確成形，不僅要考慮板料沖擊變形的形態(tài)，更要精確的分析沖擊變形量。沖擊動(dòng)能越大，板料的變形量越大，這是很明了的原理。但是板料的變形量與沖擊動(dòng)能的關(guān)系是如何量化表達(dá)正是本課題的研究關(guān)鍵點(diǎn)。課題將通過理論分析建立板料的變形量與沖擊速度、沖擊能的關(guān)系模型，并通過有限元模擬分析與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其加以驗(yàn)證。這種關(guān)系模型對(duì)板料沖擊成形技術(shù)的開發(fā)具有明確的指導(dǎo)價(jià)值，也為其它板料的撞擊變形分析提供一種分析方法。（4）板料漸進(jìn)沖擊成形路徑的規(guī)劃與新型的曲面板料的幾何表達(dá)方法板料沖擊成形是一種漸進(jìn)成形過程，曲面板件是由板料多次變形而成，這樣需要的沖擊力與沖擊能就不是很大，同時(shí)多次沖擊成形也可以提升板料的成形能力，減少板料在成形過程中的起皺與破裂。當(dāng)然針對(duì)不同形狀的板件其漸進(jìn)沖擊成形的路徑有所不同，其中要考慮成形精度的控制、加工效率與板料的變形能力。規(guī)劃漸進(jìn)成形路徑的目的是使板料受力均衡，變形均勻，成形質(zhì)量好，加工效率高。曲面板件是由板料多次沖擊變形而成，為了描述板料在漸變過程中的中間曲面板料的幾何形狀，分析板料局部沖擊變形與整體變形的關(guān)系，優(yōu)化漸進(jìn)成形路徑，也為了給數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)提供板料形體數(shù)據(jù)，必須建立一種靈活、高效的三維曲面幾何描述方式。根據(jù)板料漸進(jìn)沖擊變形的特點(diǎn)，該三維曲面幾何描述方式必須具有靈活的曲面構(gòu)造能力，具備良好的局部可控性，能將局部描述小曲面光順地拼接為整體描述曲面，并能將曲面描述特征點(diǎn)與板料漸進(jìn)成形路徑的控制點(diǎn)融合。結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)與板料漸進(jìn)沖擊成形的特點(diǎn)，擬建立一種新型的三次過點(diǎn)B樣條曲線，描述板料成形曲面。（5）板料漸進(jìn)沖壓成形的試驗(yàn)性研究關(guān)于板料沖擊成形的文獻(xiàn)很少，可以借鑒的理論知識(shí)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)不多，正是如此，板料沖擊成形的試驗(yàn)研究就顯得極其重要，通過試驗(yàn)可以感知板料沖擊變形的基本特征，獲得一些有效的數(shù)據(jù)，再將試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相結(jié)合，方可以得到板料沖擊變形的基本規(guī)律。（a）漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置的構(gòu)建漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置的研制主要考慮三個(gè)問題：①?zèng)_擊成形試驗(yàn)裝置的整體構(gòu)架；②沖擊器結(jié)構(gòu)與沖擊能的施加方式；③板料背面可壓縮彈性材料及其布置形式。沖擊成形試驗(yàn)裝置必須包括板料安裝工作平臺(tái)、沖擊器及其固定機(jī)構(gòu)、沖擊動(dòng)能發(fā)生裝置、多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控平臺(tái)及其控制系統(tǒng)。沖擊器結(jié)構(gòu)與沖擊能的施加方式，可以使用氣缸式驅(qū)動(dòng)方式，也可以使用線圈磁力驅(qū)動(dòng)方式或機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方式；鑒于目前的技術(shù)條件，為了保證沖擊桿的高頻、高速運(yùn)動(dòng)，暫考慮氣缸式驅(qū)動(dòng)方式。將高頻運(yùn)動(dòng)氣缸與數(shù)字高頻率采樣傳感器結(jié)合構(gòu)建沖擊成形試驗(yàn)裝置。板料沖擊成形時(shí)，為了減少板料的沖擊振動(dòng)、提高板料成形精度，板料背面需要放置可壓縮彈性材料，可壓縮彈性材料可以是泡沫塑料板或充氣橡膠小球體等，該彈性體的材料力學(xué)特性對(duì)板料的變形狀態(tài)與變形量有一定的影響，這需要在理論分析的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果確定板料背面可壓縮彈性材料與布置形式。（b）測(cè)試沖擊速度、沖擊能與板料變形的關(guān)系試驗(yàn)主要是通過設(shè)定不同的沖擊速度、沖擊能，實(shí)施金屬板料單次沖擊變形，測(cè)量板料變形量與變形形態(tài)。通過試驗(yàn)分析單次沖擊時(shí)沖擊速度、沖擊能與板料變形的關(guān)系，分析材料的應(yīng)力應(yīng)變特征與材料的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，建立板料沖擊變形量計(jì)算式。（c）板料沖擊成形的試驗(yàn)通過板料沖擊成形試驗(yàn)，將計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)、數(shù)控編程技術(shù)與沖擊成形技術(shù)融合，對(duì)板料實(shí)施不同的沖擊變形路徑與不同的沖擊成形工藝參數(shù)（如：沖擊桿直徑的選擇、進(jìn)給速度、分層數(shù)、沖擊頻率等），根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化各種工藝參數(shù)，規(guī)劃板料漸進(jìn)沖擊變形的變形路徑。項(xiàng)目的研究目標(biāo)：本課題的研究目的是探索金屬板料的沖擊變形力學(xué)機(jī)理，研究金屬板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，分析高速?zèng)_擊下的板料變形形態(tài)，確定沖擊動(dòng)能與板料沖擊變形量的關(guān)系，優(yōu)化板料漸進(jìn)成形路徑，構(gòu)建板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)施板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)，提升板料的成形能力，探索高韌性板料的沖擊成形方法，為板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，開發(fā)一種新型的、高效的板料柔性成形方法，也為高韌性板料的精確成形提供一種途徑。課題的研究結(jié)果也為軍工產(chǎn)品、車輛、船舶、飛行器等裝備的板料防護(hù)與破損研究提供一種分析方法。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題：(1)板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型板料高速?zèng)_擊變形是一種高應(yīng)變率變形，變形區(qū)域板料通常受雙向拉伸作用，在這種狀態(tài)下材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與低應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系會(huì)有所不同，金屬材料的變形主要體現(xiàn)為材料晶格的滑移，由于材料晶格的滑移也是有時(shí)間域的，這樣會(huì)產(chǎn)生材料變形的遲滯性，這種遲滯性會(huì)改變材料的本構(gòu)模型；不同的應(yīng)變率會(huì)影響材料的本構(gòu)模型。課題重點(diǎn)是探索板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，分析在高應(yīng)變率下的板料沖擊變形特征與變形能力。(2)高速?zèng)_擊下的板料變形形態(tài)初步的分析表明：沖擊速度越高，板料的變形越是局部化，沖擊力對(duì)沖擊接觸區(qū)域外圍的板料變形影響越小；另外，高應(yīng)變率變形可以提升板料的成形能力，高速變形時(shí)材料慣性的影響將會(huì)增大，材料受力變形更加均衡，不易產(chǎn)生縮頸，材料的變形能力會(huì)有所提升。不同的沖擊速度與沖擊動(dòng)能可以產(chǎn)生不同的板料變形形態(tài)。研究沖擊作用下板料的變形形態(tài)、受力狀態(tài)及沖擊變形量，將為漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的研發(fā)打下理論基礎(chǔ)。特別是在高速?zèng)_擊作用下，研究板料的變形特性，為進(jìn)一步提升板料的成形能力提供一種有效的途徑，同時(shí)也為部分難加工材料的高速?zèng)_擊成形提供一種成形方法。(3)基于空間離散點(diǎn)的漸變曲面表達(dá)方式根據(jù)板料漸進(jìn)沖擊變形的特點(diǎn)，漸進(jìn)沖擊成形是局部沖擊變形與整體沖擊變形相結(jié)合，該板料的三維曲面幾何描述方式必須具有靈活的曲面造型能力，具備良好的局部可控性。板料是漸進(jìn)沖擊成形的，板料中間沖擊成形面與最終的成形面之間也存在一種幾何關(guān)系，為了便于分析中間漸變成形面與最終的成形面的關(guān)系，以及局部沖擊小曲面與中間成形面的關(guān)系，必須尋找一種相應(yīng)的曲面幾何表達(dá)方式。課題擬將沖擊成形漸變曲面離散為若干個(gè)空間關(guān)聯(lián)點(diǎn)，基于雙三次過點(diǎn)B樣條曲面表達(dá)方式連接關(guān)聯(lián)點(diǎn)，通過控制各個(gè)空間點(diǎn)的位置變化，來規(guī)劃板料的漸進(jìn)沖擊成形路徑，并能將曲面描述特征點(diǎn)與板料漸進(jìn)成形路徑的控制點(diǎn)融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)局部沖擊曲面與整體曲面的光滑拼接，實(shí)現(xiàn)對(duì)不斷變化曲面的實(shí)時(shí)描述。擬采取的研究方案及可行性分析板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)具有明顯的創(chuàng)新性，其是將沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板料變形能，通過分層漸進(jìn)沖擊變形形成板料成形大曲面，其具有板料成形速度快、可控性強(qiáng)、板料成形質(zhì)量好等特點(diǎn)。板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型高速?zèng)_擊下的板料變形形態(tài)板料沖擊變形受力分析沖擊速度及動(dòng)能與變形量關(guān)系漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置研制板料漸變曲面的幾何表達(dá)方式漸進(jìn)沖擊成形路徑的規(guī)劃測(cè)試與分析單次沖擊時(shí)沖擊速度、沖擊能與板料變形形態(tài)及變形量的關(guān)系測(cè)試與分析不同的沖擊變形路徑與板料成形能力與成形精度的關(guān)系圖7板料漸進(jìn)沖擊成形力學(xué)機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)研究的技術(shù)路線板料漸進(jìn)沖擊成形力學(xué)機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)研究的技術(shù)路線如圖7所示。本課題的研究思路是首先研究板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，同時(shí)分析沖擊速度、沖擊能與板料變形量的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，分析沖擊時(shí)的板料受力狀態(tài)與板料變形特征，規(guī)劃板料漸進(jìn)沖擊成形路徑，研制漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置，并實(shí)施試驗(yàn)性研究，測(cè)試并分析沖擊速度、沖擊能與板料變形的關(guān)系，測(cè)試并分析不同的沖擊成形路徑對(duì)板料成形能力與成形效率與精度的關(guān)系。課題重點(diǎn)是圍繞板料漸進(jìn)沖擊成形力學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究，探索金屬板料沖擊變形的受力與變形狀態(tài)。研究方法是理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合，同時(shí)結(jié)合數(shù)字模擬技術(shù)與有限元分析方法，揭示板料沖擊變形的力學(xué)機(jī)理與板料漸進(jìn)沖擊成形的規(guī)律。（1）沖擊荷載作用下金屬板料應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型研究方法金屬板料在高應(yīng)變率作用下，一方面由于材料晶格的滑移是有時(shí)間域的，這樣帶來材料變形的遲滯性，這種遲滯性對(duì)于絕大多數(shù)材料會(huì)提升其屈服應(yīng)力；同時(shí)由于高速變形時(shí)材料慣性的影響增大，板料受力更加均衡，不易產(chǎn)生縮頸，材料的變形能力會(huì)有所提升。當(dāng)然這種分析結(jié)果需要通過試驗(yàn)與深入的理論分析加以驗(yàn)證。課題擬以Johnson-Cook本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)研究。在Johnson-Cook本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，考慮到板料沖擊變形是雙向拉伸變形，絕大多數(shù)金屬板料具有雙向拉伸強(qiáng)化效應(yīng)，初步的本構(gòu)模型為：--待定參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；--流動(dòng)應(yīng)力；--等效塑性應(yīng)變；--無量綱的相對(duì)等效塑性應(yīng)變率（考慮到雙向應(yīng)變率的比值）；--無量綱的雙向應(yīng)變比，--是與材料相關(guān)的雙向拉伸強(qiáng)化效應(yīng)系數(shù)。這種本構(gòu)模型不僅可以反映單向高應(yīng)變率拉伸時(shí)的板料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時(shí)可以反映板料雙向高應(yīng)變率拉伸時(shí)的材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。該本構(gòu)模型只是初步設(shè)想，要得到理想的板料應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型還需要進(jìn)行深入的理論分析與廣泛的試驗(yàn)性研究。圖8板料沖擊變形應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置示意圖試驗(yàn)板料擬使用常見的沖壓板料奧氏體不銹鋼板（0Cr18Ni9）、冷軋鋼板（ST14）為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分析板料雙向高應(yīng)變率拉伸時(shí)的材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。已有的文獻(xiàn)對(duì)奧氏體不銹鋼與冷軋鋼材的雙向高應(yīng)變率拉伸的研究很少，但是這兩類板材是工程中常用沖壓件，在汽車覆蓋件、飛行器的蒙皮、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外罩等有廣泛的應(yīng)用。在對(duì)不銹鋼板、冷軋鋼板沖擊成形分析的基礎(chǔ)上再進(jìn)行鈦合金板的沖擊成形試驗(yàn)，探索難成形材料的沖擊成形方法。圖8板料沖擊變形應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置示意圖擬構(gòu)建的板料沖擊變形應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置如圖8所示，高壓氣缸驅(qū)動(dòng)沖擊桿對(duì)板料實(shí)施沖擊，使板料產(chǎn)生變形。改變氣缸氣源壓力與沖擊行程可以調(diào)節(jié)沖擊桿的沖擊速度與沖擊動(dòng)能，使板料應(yīng)變率發(fā)生變化，沖擊速度在30~200m/s的亞彈速范圍；改變沖擊桿桿端直徑（大約在Φ6~Φ20）與桿端球面半徑可以調(diào)節(jié)沖擊桿球面與板面的接觸面積，使板料受力狀態(tài)產(chǎn)生變化。在沖擊過程中設(shè)置于沖擊桿內(nèi)部的高頻壓力傳感器（擴(kuò)散硅型）測(cè)量壓力，同時(shí)位置與速度傳感器獲取沖擊頭的沖擊速度與位置，板料下方的應(yīng)變片在板料變形時(shí)測(cè)量板料動(dòng)態(tài)應(yīng)變值。各種傳感器信號(hào)經(jīng)過處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采集，可以獲得板料在不同應(yīng)變率下雙向拉伸的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型。分析這些數(shù)據(jù)也可以獲得不同沖擊速度、沖擊能作用下，板料的變形量與變形狀態(tài)，同時(shí)分析板料變形區(qū)域的動(dòng)力學(xué)特性。（2）板料沖擊變形形態(tài)與沖擊變形量的分析方法(a)(b)圖9板料沖擊變形形態(tài)初步的分析表明：沖擊速度越高，板料的變形越是局部化，沖擊力對(duì)沖擊接觸區(qū)域外圍的板料變形影響越小。這種沖擊變形狀態(tài)正是板料沖擊成形所需要的變形形式，板料的變形越是局部化，越能夠精確地控制板料的變形量，從而實(shí)現(xiàn)板料的精確成形。如圖9(a)所示，沖擊速度不足時(shí)，桿頭接觸區(qū)域外圍板料會(huì)產(chǎn)生少量拉深變形；如圖9(b)所示，沖擊速度足夠高時(shí)，桿頭接觸區(qū)域大，沖擊變形以脹形為主。沖擊速度越高，板料的變形形狀越接近桿頭形狀，高速?zèng)_擊時(shí)的板料局部變形特征更近似于板料的脹形特征(a)(b)圖9板料沖擊變形形態(tài)可以根據(jù)能量法理論分析板料沖擊變形形態(tài)與變形量，同時(shí)結(jié)合板料的沖擊試驗(yàn)結(jié)果分析沖擊區(qū)域的板料受力狀態(tài)與變形形態(tài)及變形量。另外可以利用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA模擬分析沖擊荷載作用下金屬板料的變形過程，分析板料的動(dòng)力響應(yīng)過程與最終變形量。同時(shí)通過沖擊測(cè)試裝置，測(cè)量板料的變形量與應(yīng)變值，結(jié)合能量法理論分析方法，確定沖擊速度、沖擊能、彈性支承參數(shù)與板料變形的關(guān)系。（3）板料漸進(jìn)成形路徑規(guī)劃與漸變曲面幾何描述方法結(jié)合沖擊變形的特點(diǎn)擬采用等高幾何分層或等變形梯度幾何分層方式規(guī)劃中間成形面。沖擊成形路徑最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)是等高分層路徑，也可以采用等變形梯度分層路徑，其各有特點(diǎn)。如圖10(a)所示，等高分層幾何路徑，易于設(shè)計(jì)與編程，可以直接借用現(xiàn)有的數(shù)控編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工程序，但是板料變形精度不易控制，為了保證板料成形精度需要將沖擊過程分為粗沖擊成形與精沖擊成形兩個(gè)過程。如圖10(b)所示的等變形梯度分層幾何路徑，板料整體成形過程逐漸接近最終成型面，板料成形精度易于控制，但數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)需要自行研發(fā)。(a)等高分層(b)等變形梯度分層圖10板料沖擊成形路徑的規(guī)劃在規(guī)劃板料漸進(jìn)沖擊成形路徑與分析板料中間成形面方面，可以通過轉(zhuǎn)化板件三維曲面模型的表達(dá)方式，將三維曲面模型離散為若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的空間點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間擬采用三次過點(diǎn)B樣條曲線連接，構(gòu)建雙三次過點(diǎn)B樣條曲面，通過改變曲面空間離散點(diǎn)的坐標(biāo)值，就可以方便的實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)沖擊成形漸變曲面的表達(dá)。這樣就可以將樣條曲面的特征點(diǎn)與曲面板料的成形路徑的控制點(diǎn)統(tǒng)一，減少計(jì)算量，也有利于規(guī)劃板料漸進(jìn)成形路徑。三次過點(diǎn)B樣條曲線是對(duì)傳統(tǒng)三次B樣條曲線的改進(jìn)形式。傳統(tǒng)B樣條曲線或NURBS曲線不具有插值（過點(diǎn)）功能，圖11中虛線表示的曲線就是傳統(tǒng)三次B樣條曲線，傳統(tǒng)的方法是反算樣條曲線特征點(diǎn)，這種方法需解大型線性方程，計(jì)算量大，不利于實(shí)際應(yīng)用曲線曲面造型，也不利于漸變曲面的描述。圖11三次過點(diǎn)B樣條曲線三次過點(diǎn)B樣條曲線的研究思路：就是構(gòu)造一組基函數(shù)來構(gòu)造插值曲線，所構(gòu)造的樣條參數(shù)曲線具有局部性、保形性和可調(diào)控性。如圖11所示，給定一組點(diǎn)列，任意相鄰4點(diǎn)（p0、p1、p2、p3）構(gòu)造一段參數(shù)曲線，其起始點(diǎn)和終止點(diǎn)是中間兩點(diǎn)（p1、p2）。起始點(diǎn)一階導(dǎo)矢方向與第一點(diǎn)(p0)與第三點(diǎn)(p2)間的向量一致，終止點(diǎn)一階導(dǎo)矢方向與第二點(diǎn)(p1)與第四點(diǎn)(p3)之間的向量一致。這樣得到的三次樣條曲線(圖中實(shí)線曲線)具有兩個(gè)重要性質(zhì)，即插值性和C1連續(xù)性。雙三次過點(diǎn)樣條曲面是三次過點(diǎn)樣條曲線的張量積擴(kuò)展，因此雙三次過點(diǎn)B樣條曲面與樣條曲線具有相似性質(zhì)：C1連續(xù)性、局部性、插值(過點(diǎn))性。（4）板料漸進(jìn)沖擊成形工藝板料成形時(shí)，沖擊頭產(chǎn)生的沖擊力必須大于材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，為此必須控制沖擊力大小和選擇合理的沖頭尺寸與形狀。一層沖擊成形的深度不是很大，當(dāng)板料成形深度較大時(shí)，就必須采用多次沖擊，板料漸進(jìn)沖擊成形的工藝過程如圖12所示。圖12板料漸進(jìn)沖擊成形的工藝流程板料裝夾后，調(diào)整氣缸壓力與沖擊桿直徑，進(jìn)行分層垂直沖擊，沖擊桿是邊移動(dòng)邊沖擊，由于沖擊桿是高頻連續(xù)沖擊，沖擊桿與板料的沖擊接觸點(diǎn)可以認(rèn)為是連續(xù)的，這樣沖擊變形后的板料表面基本看不見沖擊凹坑；為了保證板料最終成形精度，分層粗沖后留有適當(dāng)?shù)臎_擊變形余量由精沖完成；板料精沖成形時(shí)，為了精確控制沖擊點(diǎn)的變形量，沖擊桿不僅要移動(dòng)，還需要有X軸與Y軸擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以保證沖擊桿中軸線與沖擊點(diǎn)的板面垂直。其工作原理如圖13所示。圖13(a)采用分層粗沖成形板料；圖13(b)是沿最終成型面精沖成形。(a)分層粗沖成形(b)沿最終成型面精沖成形圖13板料漸進(jìn)沖擊成形工藝（5）板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置的研制與試驗(yàn)方案把高頻沖擊器裝夾在立式數(shù)控銑床主軸架上，可通過數(shù)控系統(tǒng)控制沖擊桿和板料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板料可控位置的沖擊成形。高頻沖擊具有較好的成形柔性，當(dāng)工件的形狀改變時(shí)，只要改變沖擊軌跡，就能實(shí)現(xiàn)板料的沖擊成形。由于數(shù)控系統(tǒng)可控性好，可以在沖擊區(qū)域的任何點(diǎn)進(jìn)行沖擊，另外，只要使沖擊器實(shí)現(xiàn)數(shù)控?cái)[動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)鼓形板件的沖擊成形。沖擊器采用高頻沖擊氣缸，驅(qū)動(dòng)沖擊桿高頻、高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)原理類似于風(fēng)鎬的運(yùn)動(dòng)原理，就是將風(fēng)鎬小型化，同時(shí)提高往復(fù)頻率。沖擊器的移動(dòng)與擺動(dòng)、以及板料安裝平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制采用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由于控制對(duì)象多，采用常見的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)很難實(shí)施，目前擬采用運(yùn)動(dòng)控制卡控制沖擊器支撐架的Z方向移動(dòng)、擺動(dòng)以及板料固定平臺(tái)的X/Y方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控5軸聯(lián)動(dòng)，在分析板料成形面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，控制系統(tǒng)的各種運(yùn)動(dòng)。板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)方案：（a）通過改變氣缸氣壓與沖擊行程，調(diào)整沖擊桿的沖擊速度與沖擊動(dòng)能，同時(shí)檢測(cè)沖擊速度、氣缸壓力，建立氣缸壓力、沖擊行程與沖擊速度的關(guān)系。（b）沖擊桿使用不同的沖擊速度與沖擊行程，對(duì)金屬板料實(shí)施高速?zèng)_擊，檢測(cè)板料的各點(diǎn)變形量與變形速率，建立沖擊速度、沖擊動(dòng)能與板料變形量的關(guān)系，分析板料高應(yīng)變率變形特征；在分析普通金屬板料沖擊變形試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行鈦合金板料的沖擊成形試驗(yàn)。板料在沖擊成形前在其表面繪制網(wǎng)格線或圓形圖案，沖擊變形后使用三維掃描器進(jìn)行曲面掃描與測(cè)量，分析板料各點(diǎn)的變形量與變形方向，為研究板料的沖擊變形規(guī)律提供依據(jù)。（c）實(shí)施板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)，編制系統(tǒng)控制軟件，采用不同的變形路徑實(shí)施板料的沖擊成形試驗(yàn)。以上對(duì)本課題的研究方案進(jìn)行了初步闡述，雖然在板料沖擊成形理論與技術(shù)方面可以借鑒的資料很少，其涉及的知識(shí)面也比較廣，但是本課題研究的思路與方案已比較明確，課題研究中涉及的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題已有初步的解決方法。在近幾年的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)過程中，本課題組人員對(duì)板料塑性成形理論與板料沖壓成形的可重構(gòu)模具技術(shù)等方面進(jìn)行了深入地研究，完成了江蘇省高?？蒲杏?jì)劃項(xiàng)目“桿系柔性模具及板料沖壓工藝”、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多點(diǎn)壓板成形力學(xué)機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)”，提出了“多點(diǎn)壓板成形”沖壓工藝的理論與方法，并研制了相關(guān)的試驗(yàn)裝置。這些項(xiàng)目與本課題有較多的相關(guān)性，其中涉及到的一些板料沖壓成形理論與技術(shù)為本課題的研究打下了良好的基礎(chǔ)。另外課題組已研究與開發(fā)的江蘇省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“汽輪機(jī)葉片數(shù)控砂帶磨削加工技術(shù)與裝備”、揚(yáng)州大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科發(fā)展項(xiàng)目“弧齒圓柱齒輪的嚙合理論及其加工方法”也取得了良好的結(jié)果。這些課題的研究與開發(fā)也為本課題的研究奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，特別是在數(shù)控技術(shù)、曲面分析技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)等方面為本課題的研究提供了技術(shù)保障。課題組人員對(duì)板料漸進(jìn)沖擊成形理論與技術(shù)的研究充滿希望與信心，板料漸進(jìn)沖擊成形方式作為一種新型的板料塑性成形方法，其具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，希望通過對(duì)本課題的研究，獲得理想的研究結(jié)果，在板料塑性成形理論與技術(shù)領(lǐng)域做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，同時(shí)為板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處。課題首次提出金屬板料漸進(jìn)沖擊成形方式，其具有明顯的創(chuàng)新性，將沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為板料變形能，采用較小的驅(qū)動(dòng)力就可以使金屬板料漸進(jìn)成形，使平面板料分層漸進(jìn)成形為理想曲面，其具有成形速度快、可控性強(qiáng)、靈活性好等特點(diǎn)。漸進(jìn)沖擊成形方式是一種曲面板料的柔性成形技術(shù)，板料沖擊成形時(shí)基本不需要定制其它模板或支撐機(jī)構(gòu)，使用三維造型系統(tǒng)得到板件的三維模型，分析三維模型數(shù)據(jù)可以自動(dòng)生成數(shù)控程序，控制沖擊桿與板料安裝平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真正的板料無模成形。漸進(jìn)沖擊成形具有廣泛的適應(yīng)性，既可以成形單凹曲面，也可以成形凸凹曲面，還可以成形內(nèi)鼓形曲面。該沖擊成形方式可以使板料實(shí)現(xiàn)可控的高應(yīng)變率變形，其可以提升板料的成形能力，對(duì)高韌性板料精確成形也能發(fā)揮一定作用。本課題的創(chuàng)新點(diǎn)：(1)課題首次提出板料漸進(jìn)沖擊成形方式,采用沖擊動(dòng)能使平面板料漸進(jìn)成形為理想的曲面，其具有板料成形速度快、可控性強(qiáng)、靈活性好等特點(diǎn)。(2)板料高速?zèng)_擊變形是一種高應(yīng)變率變形，課題結(jié)合板料的沖擊變形，研究板料在雙向拉伸高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型，為板料在高應(yīng)變率下的塑性成形提供一些理論基礎(chǔ)，也為提升板料的塑性成形能力提出一種思路。(3)分析在高速?zèng)_擊作用下板料的受力狀態(tài)與變形形態(tài)，分析沖擊速度、沖擊能、板料支撐狀態(tài)與板料變形量及變形狀態(tài)的關(guān)系，為漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的研發(fā)打下基礎(chǔ)，為板料沖擊變形的其它相關(guān)應(yīng)用提供一些理論基礎(chǔ)。(4)基于雙三次過點(diǎn)B樣條曲面表達(dá)方式分析板料漸進(jìn)沖擊成形的漸變曲面，規(guī)劃板料變形路徑。其具有靈活的曲面構(gòu)造能力，良好的局部可控性，通過改變樣條曲線控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，就可以方便的實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)沖擊成形曲面的規(guī)劃以及對(duì)板料漸變成形面的幾何描述。在課題研究過程中還將涉及其他幾個(gè)方面，如：板件曲面模型數(shù)據(jù)的提取與分析，數(shù)控運(yùn)動(dòng)路徑與數(shù)控程序自動(dòng)生成方法，板料漸進(jìn)沖擊成形的規(guī)劃原理，板料在沖擊過程中的動(dòng)態(tài)特征，沖擊試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的研制等內(nèi)容，其中也包含一些創(chuàng)新原理與創(chuàng)新技術(shù)，這些創(chuàng)新點(diǎn)將在以后的課題研究中不斷挖掘。年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果。（包括擬組織的重要學(xué)術(shù)交流活動(dòng)、國(guó)際合作與交流計(jì)劃等）年度研究計(jì)劃：2012.1~2012.12年度研究計(jì)劃：分析金屬板料在高速?zèng)_擊作用下，高應(yīng)變率對(duì)材料應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型的影響，基于彈塑性力學(xué)理論研究沖擊速度、沖擊能與板料變形量的關(guān)系。構(gòu)建板料沖擊變形應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置，實(shí)施板料高速?zèng)_擊變形試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析板料的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)，同時(shí)使用數(shù)值模擬分析系統(tǒng)對(duì)板料沖擊變形進(jìn)行數(shù)值模擬分析，優(yōu)化材料的本構(gòu)模型，建立板料沖擊變形量計(jì)算式。參加塑性成形技術(shù)會(huì)議，提交相關(guān)研究論文。2013.1~2013.12年度研究計(jì)劃：研究板料漸進(jìn)成形中間漸變曲面的幾何表達(dá)方式，使用雙三次過點(diǎn)B樣條描述不斷變化的曲面，規(guī)劃板料漸進(jìn)沖擊成形路徑；同時(shí)采用雙三次過點(diǎn)B樣條分析沖擊成形的運(yùn)動(dòng)路線，基于平滑的運(yùn)動(dòng)控制策略，開發(fā)漸進(jìn)沖擊成形控制系統(tǒng)與自動(dòng)數(shù)控編程軟件。參加相關(guān)領(lǐng)域國(guó)際會(huì)議，申請(qǐng)國(guó)家專利。2014.1~2014.12年度研究計(jì)劃：構(gòu)建板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置，進(jìn)行板料沖擊成形試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析沖擊時(shí)的板料受力狀態(tài)與變形特征，確定沖擊速度、沖擊能、板料背面支撐狀態(tài)及壓板形式與板料變形量及變形狀態(tài)的關(guān)系；優(yōu)化板料沖擊成形路徑，分析板料漸進(jìn)沖擊成形工藝。參加相關(guān)領(lǐng)域國(guó)際會(huì)議，申請(qǐng)國(guó)家專利。2015.1~2015.12年度研究計(jì)劃：改進(jìn)板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置，建立5軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制方式，探索復(fù)雜曲面的沖擊成形方法；研究鈦合金板料的沖擊成形特點(diǎn)，探索高韌性板料的沖擊成形途徑?？偨Y(jié)板料漸進(jìn)沖擊成形理論與技術(shù)研究結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)裝置，為板料漸進(jìn)沖擊成形技術(shù)的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)?？偨Y(jié)研究成果，提出應(yīng)用設(shè)想。預(yù)期研究結(jié)果：(1)揭示板料沖擊變形力學(xué)機(jī)理，建立板料沖擊變形應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置，得到金屬板料漸進(jìn)沖擊成形的變形特征與成形規(guī)律。(2)掌握“板料漸進(jìn)沖擊成形”的相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建“板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置”。(3)結(jié)合“板料漸進(jìn)沖擊成形試驗(yàn)裝置”及其加工工藝，開發(fā)出相關(guān)的控制系統(tǒng)與自動(dòng)數(shù)控編程軟件。(4)在國(guó)內(nèi)外相關(guān)權(quán)威期刊發(fā)表4篇以上論文，發(fā)表相關(guān)論文5～6篇。(5)申請(qǐng)專利3～4項(xiàng)，授權(quán)1～2項(xiàng)。(6)結(jié)合項(xiàng)目培養(yǎng)研究生3～4名。(7)總結(jié)研究成果，提供一套相關(guān)的理論分析與技術(shù)應(yīng)用方案。（二）研究基礎(chǔ)與工作條件1、工作基礎(chǔ)（與本項(xiàng)目相關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績(jī)）圖14桿系柔性成形模具本課題涉及材料力學(xué)、沖壓工藝、塑性成形技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)及檢測(cè)技術(shù)等多個(gè)研究領(lǐng)域，屬于涵蓋材料成形、信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)與制造等多學(xué)科交叉的綜合性研究課題。項(xiàng)目申請(qǐng)者和主要成員均從事過多項(xiàng)研究工作，具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和深厚寬廣的基礎(chǔ)理論知識(shí)，近幾年來一直從事板料塑性成形理論、可重構(gòu)沖壓模具、數(shù)控技術(shù)、測(cè)試技術(shù)的研究，已經(jīng)在機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、CAD/CAM技術(shù)、板料沖壓成形技術(shù)、板料塑性成形理論等方面取得了多項(xiàng)成果，研制出了用于試驗(yàn)的桿系柔性成形模具、多點(diǎn)壓板成形裝置及其控制系統(tǒng)，已完成的江蘇省科研基金項(xiàng)目“多點(diǎn)壓板成形力學(xué)機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)”，并在板料沖壓成形機(jī)理上取得了顯著成果；已完成的江蘇省高校科研基金項(xiàng)目“桿系柔性模具及板料沖壓工藝圖14桿系柔性成形模具在“多點(diǎn)壓板成形技術(shù)”方面，提出了“多點(diǎn)壓板成形”工藝，采用板面彈性壓板力提高板料受壓失穩(wěn)臨界應(yīng)力，提升板料的成形能力；研制了可快速重構(gòu)的“桿系柔性模具”（如圖14所示），實(shí)施了多種形狀板件的直接沖壓成形（如圖15所示），圖15(c)所示的“馬鞍形板件”可以一次沖壓成形，不需要設(shè)置附加的工藝壓料面。(a)球面成形件(b)半球面板件(c)馬鞍形板件圖15使用桿系柔性成形模具直接沖壓成形的板件1.Z向移動(dòng)臺(tái)2.沖擊氣缸3.沖擊桿4.壓邊裝置5.板料圖16高頻沖擊試驗(yàn)裝置在“板料沖擊成形”研究方面，也實(shí)施了初步的試探性研究，如圖16所示的1.Z向移動(dòng)臺(tái)2.沖擊氣缸3.沖擊桿4.壓邊裝置5.板料圖16高頻沖擊試驗(yàn)裝置如圖16所示的板料沖擊成形試件（球面形狀），根據(jù)試件可以認(rèn)為“采用高頻沖擊桿有序地沖擊板料，可以實(shí)現(xiàn)板料的成形”，但為了實(shí)現(xiàn)板料的精確與高效成形必須在這幾個(gè)方面進(jìn)行深入的研究：①?zèng)_擊變形形態(tài)與變形量與沖擊速度、沖擊動(dòng)能、板料支撐狀態(tài)的關(guān)系；②板料的高應(yīng)變率變形下的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型；③板料的漸進(jìn)沖擊變形路徑與漸變曲面的描述方法等。這些也正是本課題的研究?jī)?nèi)容。另外在CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控技術(shù)等方面，也具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和深厚的基礎(chǔ)理論知識(shí)。已研究與開發(fā)的江蘇省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“汽輪機(jī)葉片數(shù)控砂帶磨削加工技術(shù)與裝備”、揚(yáng)州大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科發(fā)展項(xiàng)目“弧齒圓柱齒輪的嚙合理論及其加工方法”也取得了良好的研究結(jié)果。項(xiàng)目課題組成員是從事多個(gè)學(xué)科研究的組合，已經(jīng)在板料沖壓成形理論與技術(shù)、可重構(gòu)沖壓模具、先進(jìn)制造理論與裝備等方面有豐富的研究工作積累，并取得了較多的研究工作成果。同時(shí)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、CAD/CAE/CAM技術(shù)、數(shù)控技術(shù)方面，具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)際研究經(jīng)驗(yàn)，完全有能力完成該項(xiàng)目的研究。2、工作條件（包括已具備的實(shí)驗(yàn)條件，尚缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑，包括利用國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究基地的計(jì)劃與落實(shí)情況）實(shí)驗(yàn)室已有的與本課題相關(guān)儀器設(shè)備與軟件系統(tǒng)：（1）多種壓力成形設(shè)備（2）多點(diǎn)壓板成形裝置及其控制系統(tǒng)（3）快速原型制造系統(tǒng)（4）材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)（5）大功率數(shù)控激光切割機(jī)（6）三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備（7）多種CAD/CAE/CAM軟件（8）多種數(shù)控機(jī)床目前不缺少相關(guān)的儀器設(shè)備。正在研制的板料沖擊成形試驗(yàn)裝置是使用數(shù)控銑床進(jìn)行改進(jìn)，卸去銑床主軸頭，添加高壓氣體驅(qū)動(dòng)的小型氣缸沖擊桿及其控制裝置，目前已可以進(jìn)行初步的板料沖擊成形試驗(yàn)，系統(tǒng)控制由計(jì)算機(jī)通過多軸運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)。本課題將依托本學(xué)院的模具技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、CAD/CAM技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)設(shè)備與儀器進(jìn)行試驗(yàn)性研究。在試驗(yàn)與分析過程中，相關(guān)的測(cè)試裝置、分析軟件都已具備。本課題研究條件已具備。3、申請(qǐng)人簡(jiǎn)介（包括申請(qǐng)人和項(xiàng)目組主要參與者的學(xué)歷和研究工作簡(jiǎn)歷，近期已發(fā)表與本項(xiàng)目有關(guān)的主要論著目錄和獲得學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)情況及在本項(xiàng)目中承擔(dān)的任務(wù)。論著目錄要求詳細(xì)列出所有作者、論著題目、期刊名或出版社名、年、卷（期）、起止頁(yè)碼等；獎(jiǎng)勵(lì)情況也須詳細(xì)列出全部受獎(jiǎng)人員、獎(jiǎng)勵(lì)名稱等級(jí)、授獎(jiǎng)年等）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：宋愛平:男，副教授，博士。揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，揚(yáng)州大學(xué)“跨世紀(jì)”中青年學(xué)術(shù)帶頭人。2003年開始從事“數(shù)控螺桿磨床”研制，該成果已產(chǎn)業(yè)化，獲機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng);主持揚(yáng)