CN102489574B - 一种板材渐进成形加工控制回弹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了板材渐进成形加工控制回弹的方法，该方法将制件加工分为n个道次，并在每一道次加工结束后，计算该道次的实际成形角度值，将该道次的实际成形角度值与预设成形角度值比较得出该道次加工的回弹误差量；在对下一道次加工时，将上一道次加工的回弹误差量补偿到该道次的成形角度值加工量(即成形角度差值)中进行实际加工，直至制件加工完毕。本发明采用实时补偿的方式，保证了产品回弹误差被控制在极小的范围，提高了产品加工精度，提高了板材成形性能。

Description

一种板材渐进成形加工控制回弹的方法

技术领域

本发明涉及一种板材渐进成形加工技术，尤其是一种板材渐进成形加工控制回弹的方法。

背景技术

板材渐进成形技术是在旋压的基础上发展起来的，其采用数控机床进行加工，继承了其能提高板料成形性能的优点，同时又避免了旋压工艺只能加工轴对称空心回转体零件的缺陷，是一项能成形复杂制件的新型技术。与传统冲压工艺相比，具有成本低、无需专用模具、准备周期短和柔性好等优点，能满足现代产品多样化生产的需要。数控渐进成形加工时，是首先把复杂三维零件几何信息分解成高度方向上的众多等高层轮廓信息，然后输入数控系统，使其驱动形状简单的工具头沿等高层轮廓对板材进行连续局部塑性加工，直到最终成型。

与其它板件加工成形一样，渐进成形加工方式也同样存在回弹变形问题。由于回弹的存在，工件的形状尺寸与模型的形状尺寸不能完全符合，如果不能有效地解决回弹问题，成形件的最终形状和尺寸将达不到所需要的精度。渐进成形的回弹不同于传统冲压成形的回弹。当压头走完一层的等高线轨迹，使当前层的板材成形后，压头抬起，作用在板材上的成形力突然消失，在内部应力的作用下板材发生回弹，接着下一层的成形也出现同样的情况。因此，工件的最后形状是其整个成形和回弹历史的累积效应。因此，渐进成形加工技术的回弹控制与补偿问题一直是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明要解决的技术问题是：怎样提供一种板材渐进成形加工控制回弹的方法，进而减少回弹，提高产品加工精度，提高板材成形性能。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种板材渐进成形加工控制回弹的方法，包括以下步骤：(1)计算制件成形道次n；其特征在于还包括以下步骤，(2)根据制件形状设计每一道次的型面，将第n-1道次加工后的产品型面与产品最终型面之间成形角度差值设置为小于3°，再平均分配前面n-1道次加工型面的成形角度差值，得到每一道次加工后产品的预设成形角度值；(3)每一道次加工结束后，采用三坐标测量仪获取制件型面并计算该道次的实际成形角度值，将该道次的实际成形角度值与预设成形角度值比较得出该道次加工的回弹误差量；(4)在对下一道次加工时，将上一道次加工的回弹误差量补偿到该道次的成形角度值加工量(即成形角度差值)中进行实际加工，直至制件加工完毕。

这样，完成加工时总的回弹量即为第n道次加工引起的微小回弹。技术方案第二步骤中，根据制件形状设计每一道次的型面的方法为现有的技术，设置最后一道次加工的制件成形角度差值小于3°，是便于尽量减少最后一道加工的量，以减少最后一道加工的回弹误差。第三步骤中，采用三坐标测量仪获取制件型面并计算成形角度值的方法也属于现有技术，具体算法可以采用点云扫描的方式进行计算，使计算结果可靠。本方法具体加工时，只需将三坐标测量仪与加工机床的控制系统相连，靠预设的程序将每一道次加工后实时监测的回弹量补偿到下一道次的加工量里面即可；具体的程序设计方法属于常识性内容，计算机领域的人员根据本方法公开的步骤内容直接即可实现，不属于本方法对现有技术做出贡献的地方，故不在此详述。

其中，制件成形道次的计算方法为

其中θ为制件最小成形角，α为板材极限成形角，且n进行上取整。

在板材渐进成形加工过程中，采用本方法对加工回弹进行控制后，运用离线闭环成形控制系统，每两个道次形成一个闭环系统，且可将前一道次的回弹完全补偿，最终制件只保留最后一道次的微小回弹，远远小于单道次成形引起的回弹量。这种方法不仅极大的减小了板件成形后产生的回弹，而且每一道次加工均及时进行补偿的方式，使得补偿更加科学，能够避免加工误差积累放大，能够使加工时板材厚度分布更加均匀，增大塑性变形范围，延迟裂纹产生，提高了制件整体的成形精度。

综上所述，本发明采用实时补偿的方式，保证了产品回弹误差被控制在极小的范围，提高了产品加工精度，提高了板材成形性能。

附图说明

图1为板材渐进成形加工一次成形路径示意图。

图2为板材渐进成形加工多道次成形路径示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的结构作进一步的详细说明。

具体实施时，本板材渐进成形加工控制回弹的方法，包括以下步骤：(1)计算制件成形道次n；(2)根据制件形状设计每一道次的型面，将第n-1道次加工后的产品型面与产品最终型面之间成形角度差值设置为小于3°，再平均分配前面n-1道次加工型面的成形角度差值，得到每一道次加工后产品的预设成形角度值；(3)每一道次加工结束后，采用三坐标测量仪获取制件型面并计算该道次的实际成形角度值，将该道次的实际成形角度值与预设成形角度值比较得出该道次加工的回弹误差量；(4)在对下一道次加工时，将上一道次加工的回弹误差量补偿到该道次的成形角度值加工量中进行实际加工，直至制件加工完毕。

本方法中，制件成形道次的计算方法目前还没有一种确切的算法，所以本发明提出以下优化后的计算方式数据：设工件成形高度为H，则一次成形结束后，如图1所示，板材最大变形量和极限角有如下关系：

$\ln \frac{L_2}{L_1}=\ln \frac{1}{\sin \mathrm{\θ}}---\left(1\right)$

θ----板材极限成形角度

多道次成形路径示意图如图2所示，工件型面最小成形角(即为制件型面切线与Z轴方向的最小夹角)为β，每一道次变形减小的成形角度为α，则工件总变形程度为：

$\ln \frac{L_2}{L_1}=\ln \frac{L_{\mathrm{AC}}+L_{\mathrm{CD}}}{L_{\mathrm{AE}}}$

$=\ln \frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\β}}+\frac{H}{\tan \mathrm{\α}}-H\tan \mathrm{\β}}{\frac{H}{\tan \mathrm{\α}}}$

$=\ln (\frac{\tan \mathrm{\α}}{\cos \mathrm{\β}}+1-\tan \mathrm{\α}\tan \mathrm{\β})---\left(2\right)$

由式(1)、(2)综合可得： $\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{\cot \mathrm{\θ}-\cos \mathrm{\β}}{1-\sin \mathrm{\β}}\right).$ 由图2可知：所以可以得到优化后道次数n的最终计算公式为：

其中θ为板材极限成形角(即为成形型面切线与Z轴方向的夹角)，β为工件型面最小成形角(工件型面切线与Z轴方向的最小夹角)，且n进行上取整(即凡是有小数即加一取整)。本优化算法是根据塑性变形中体积不变原则，以板材极限成形角度为度量值，让制件成形角度在每道次成形时平均分配，其中每种板材的极限成形角度都可根据实验测得。

本发明关键技术在于，提出一种离线闭环控制多道次渐进成形方法，该方法明显减小或是消除板料回弹，增大板材塑性变形范围，提高板材成形性能，进而提高制件成形精度，并提出一种计算多道次渐进成形中道次数目的新方法，所述方法中减小控制回弹的方法是利用传统“补偿法”来实现。本方法适用于正、反渐进成形技术中。

Claims (1)

1.一种板材渐进成形加工控制回弹的方法，包括以下步骤：(1)计算制件成形道次n；其特征在于还包括以下步骤，(2)根据制件形状设计每一道次的型面，将第n-1道次加工后的产品型面与产品最终型面之间成形角度差值设置为小于3°，再平均分配前面n-1道次加工型面的成形角度差值，得到每一道次加工后产品的预设成形角度值；(3)每一道次加工结束后，采用三坐标测量仪获取制件型面并计算该道次的实际成形角度值，将该道次的实际成形角度值与预设成形角度值比较得出该道次加工的回弹误差量；(4)在对下一道次加工时，将上一道次加工的回弹误差量补偿到该道次的成形角度值加工量中进行实际加工，直至制件加工完毕；制件成形道次的计算方法为

其中θ为制件最小成形角，α为板材极限成形角，且n进行上取整。

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