CN104368662A - 一种控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的工具头与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的工具头与方法，所述工具头上端为长圆柱体，长圆柱体下端连接一圆盘，圆盘底面连接一上小下大的圆锥台，圆锥台小端直径小于圆盘直径，大端连接一等直径的大圆柱体。所述方法包括以下步骤：工具头圆锥台的斜面与板料边缘接触，圆盘底面与板料上表面之间有2～3mm间隙；工具头水平挤压板料边缘使其向上弯曲，直到接触圆盘底面；工具头沿板料周边移动，使拟翻边边缘发生相同变形；提升工具头并重复以上过程，完成预成形；利用工具头大圆柱体侧壁对预成形边缘进行整形，得到竖直翻边。其好处是，利用工具头并结合程序控制板料变形，可消除无模渐进翻边成形中的纵向翘曲，简单易行。

Description

一种控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的工具头与方法

技术领域

本发明属于金属板料成形领域，尤其涉及一种控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的工具头与方法。

背景技术

渐进成形是在数控机床上按CAD数字模型并利用简单工具头对金属板料进行多道次逐渐成形的一种柔性制造技术，特别适合于车辆、航空航天以及军事、医疗用品等领域的小批量钣金件加工以及新品的研制。随着技术的发展，渐进成形从最初主要用于金属薄板的“拉延”类成形，逐渐扩展到翻边、翻孔以及管类零件成形等各种类型的薄壁制件的塑性加工过程。中国专利(申请号CN 201310480432)提出了一种利用渐进成形工艺实现薄壁管管壁预制孔翻孔的方法，利用在普通圆柱形渐进成形工具头上增加圆锥台的特殊形式的工具头，通过“预成形”和“整形”两个步骤完成管壁的翻孔成形。在预成形阶段，工具头圆锥台的斜面对管壁预制孔边缘进行预翻，得到向上倾斜的孔壁，然后利用工具头的圆柱体直壁部分对孔壁整形，得到竖直的孔壁形状。该方法也可以用于平面板料的外缘翻边或者预制孔翻孔。

无论是在管壁上的翻孔还是平面板料上的外缘翻边或翻孔，利用上述渐进成形方法时，工具头均会沿板平面对板料施加很大的侧向压力，由于板料的变形区处于“悬臂”状态，因此该区域的材料只能在板料自身结构刚度的支撑下完成整个塑性变形。如果板料自身结构的刚度不足，预成形阶段就会出现很大的纵向翘曲变形，使得后续的塑性变形难以控制，导致翻边精度变差、甚至成形失败。这种纵向翘曲的现象，在工具头圆锥台的倾斜角度较大、以及板料夹持固定位置距离翻边变形区域的长度(即悬臂长度)较大时十分明显。由于平面的板料相对于具有封闭断面形状的曲面管壁而言自身结构的刚度较差，因此更容易出现大的翘曲变形。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的工具头与方法，以解决现有技术存在的不足。

本发明解决上述技术问题的方案是：在数控渐进成形设备上采用一种带圆盘的特殊形式工具头，工具头一方面按照程序设定的运动轨迹挤压板料边缘，使板料产生塑性变形以实现翻孔和翻边成形，同时利用所述工具头圆盘的底面控制板料边缘的翻转变形程度，从而消除板料的纵向翘曲。所述工具头为回转体，回转体上端为一段细长的圆柱体，细长圆柱体的下端连接一个直径增大的圆盘形状，圆盘厚度为2～5mm；圆盘的底面连接一个上小、下大的圆锥台，且圆锥台小端的直径小于圆盘的直径，圆锥台小端与圆盘底面之间采用半径为0.5～1mm的圆角光滑过渡连接；圆锥台斜面与工具头回转体的轴线所夹角度在20～60°之间；圆锥台下方大端连接有一段大圆柱体，大圆柱体的直径与圆锥台的大端直径相同，大圆柱体的侧面与底面有半径为0.5～1mm的倒圆。

本发明公开的控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的方法，包括以下步骤：

1)利用夹具将板料不需翻边成形的边缘紧固在渐进成形设备的工作台面上，板料的上、下表面处于水平状态；

2)通过数控程序控制工具头的运动，使工具头圆锥台的侧面与拟翻边的板料边缘接触，且板料上表面与工具头圆盘的底面之间保持2～3mm的间隙；

3)工具头沿水平方向横向进给并挤压拟翻边的板料边缘，使板料边缘发生向上的弯曲变形，直到板料边缘接触工具头圆盘的底面；

4)工具头沿板料周边水平移动，使板料拟翻边的所有边缘发生相同的向上的翻转变形；

5)向上提升工具头，使已翻转的板料边缘最外沿与工具头圆盘的底面之间的间隙为2～3mm，然后工具头沿水平面横向进给并挤压板料边缘，使板料边缘发生向上的进一步弯曲，直到板料边缘接触工具头圆盘的底面；工具头沿板料周边水平移动，使板料拟翻边的所有边缘发生相同的向上翻转变形；

6)重复以上过程，直到完成所有的预成形；

7)工具头向上提升，然后沿水平面横向进给，利用工具头下端大圆柱体侧面的直壁部分挤压已预翻的板料边缘，对板料边缘进行整形，得到垂直的翻边形状；

8)工具头沿板料周边水平移动，直到完成所有的翻边整形。

本发明的有益效果是，采用一个带圆盘的渐进成形工具头并配合相应的数控加工程序，在翻边过程中通过工具头圆盘底面控制板料向上的变形，不仅可以实现薄板的无模数控渐进翻边成形，而且能够消除板料可能发生的纵向翘曲，且工具头结构简单，成形过程容易实现。

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是利用本发明的工具头对薄板边缘进行无模渐进翻边成形的预成形阶段示意图；

图2是利用本发明的工具头对薄板边缘进行无模渐进翻边成形的整形阶段示意图。

图1到图2中，1—工具头，2—板料。

具体实施方式

下面以在渐进成形设备上对厚度1mm，长、宽分别为100mm和100mm的Al 6061铝合金板料外缘进行翻边为例，说明本发明的具体实施方式。

全部翻边成形过程采用一个回转体形状的工具头1，工具头1的上端为一段直径为10mm的细长圆柱体，细长圆柱体的下端连接一个直径为15mm、厚度为3mm的圆盘，圆盘的底面连接一个上端直径为8mm、下端直径为20mm的圆锥台，圆锥台上端与圆盘底面通过半径为0.5～1mm过渡圆角光滑连接；圆锥台斜面与工具头回转体的轴线所夹角度为30°，下端连接一段直径为20mm、高度为15mm的大圆柱体，大圆柱体侧面与底面之间有半径为1mm的圆角过渡。

本发明的控制薄板无模渐进翻边过程翘曲变形的方法，包括以下具体步骤：

1)利用夹具将板料2不需翻边成形的边缘紧固在渐进成形设备的工作台面上，板料2的上、下表面呈水平状态，工具头1上端的细长圆柱体夹持在渐进成形设备的加工头上；

2)利用数控程序控制工具头1的运动，使工具头1圆锥台的侧面与拟翻边的板料2边缘接触，且板料2上表面与工具头1圆盘的底面之间保持2mm间隙；

3)工具头1沿水平方向横向进给，挤压拟翻边的板料2边缘，使板料2边缘发生向上的弯曲变形，直到板料2边缘接触工具头1圆盘的底面；

4)工具头1沿板料2周边水平移动，使板料2拟翻边的所有边缘发生相同的向上翻转变形；

5)工具头1向上提升，使已翻转的板料2边缘最外沿与工具头1圆盘的底面之间的间隙为2mm，然后工具头1沿水平面横向进给并挤压板料2边缘，使板料2边缘发生向上的进一步弯曲，直到板料2边缘接触工具头1圆盘的底面；工具头1沿板料2周边水平移动，使板料2拟翻边的所有边缘发生相同的向上翻转变形；

6)重复以上过程，直到完成所有的预成形；

7)工具头1向上提升2mm，然后沿水平方向横向进给，利用工具头1下端大圆柱体侧面的直壁部分挤压已预翻的板料2边缘，对板料2边缘进行整形，得到垂直的翻边形状；

8)工具头1沿板料2周边水平移动，直到完成所有的翻边整形。

Claims (2)

1.一种控制薄板无模渐进翻边成形过程翘曲变形的工具头，其特征在于：所述工具头为回转体，回转体上端为一段细长的圆柱体，细长圆柱体的下端连接一个直径增大的圆盘形状，圆盘厚度为2～5mm；圆盘的底面连接一个上小、下大的圆锥台，且圆锥台小端的直径小于圆盘的直径，圆锥台小端与圆盘底面之间采用半径为0.5～1mm的圆角光滑过渡连接；圆锥台斜面与工具头回转体的轴线所夹角度在20～60°之间；圆锥台下方大端连接有一段大圆柱体，大圆柱体的直径与圆锥台的大端直径相同，大圆柱体的侧面与底面有半径为0.5～1mm的倒圆。

2.利用权利要求一所述工具头进行的控制薄板无模渐进翻边成形过程翘曲变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用夹具将板料不需翻边成形的边缘紧固在渐进成形设备的工作台面上，板料的上、下表面处于水平状态；

2)通过数控程序控制工具头的运动，使工具头圆锥台的侧面与拟翻边的板料边缘接触，且板料上表面与工具头圆盘的底面之间保持2～3mm的间隙；

3)工具头沿水平方向横向进给并挤压拟翻边的板料边缘，使板料边缘发生向上的弯曲变形，直到板料边缘接触工具头圆盘的底面；

4)工具头沿板料周边水平移动，使板料拟翻边的所有边缘发生相同的向上的翻转变形；

5)向上提升工具头，使已翻转的板料边缘最外沿与工具头圆盘的底面之间的间隙为2～3mm，然后工具头沿水平面横向进给并挤压板料边缘，使板料边缘发生向上的进一步弯曲，直到板料边缘接触工具头圆盘的底面；工具头沿板料周边水平移动，使板料拟翻边的所有边缘发生相同的向上翻转变形；

6)重复以上过程，直到完成所有的预成形；

7)工具头向上提升，然后沿水平面横向进给，利用工具头下端大圆柱体侧面的直壁部分挤压已预翻的板料边缘，对板料边缘进行整形，得到垂直的翻边形状；

8)工具头沿板料周边水平移动，直到完成所有的翻边整形。