CN104384310A - 一种带辅助底座的板料渐进成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带辅助底座的板料渐进成形方法，属于金属塑性加工成型技术领域。该成形方法首先在现有数控渐进成形机床上设置一套辅助底座装置，将圆锥形辅助底座的底部固定在液压缸上面，通过调节液压缸的推力和行程以控制所述圆锥形辅助底座的升降；在数控渐进成形机床的夹具内安装辅助底座装置，并把液压缸的底部固定在数控渐进成形机床上；然后三维建模以及调整圆锥形辅助底座的倾角，将待成形板料固定在夹具上，操作数控渐进成形机床，完成板料的渐进成形加工。本发明方法能够大大提高板材的成形性能，使成形加工角度较大的零件得以实现，对于铝板成形具有普遍的适用性，除用于铝材加工外还可以用于钢板等其它板材的成形加工。

Description

一种带辅助底座的板料渐进成形方法

技术领域：

本发明属于金属塑性加工成型技术领域，具体涉及一种带辅助底座的板料渐进成形方法。

背景技术：

渐进成形是近年来出现的一种新型板材柔性数控加工方法，它将快速成形技术和塑形成形技术有机结合，实现板材的柔性生产。渐进成形技术采用了“分层制造”的思想，通过计算机程序控制形状简单的成形工具，沿着垂直方向和水平方向的轨迹运动，逐层形成零件的三维包络面，从而实现金属板料连续局部的塑性成形。渐进成形与传统的冲压成形不同，它在成形中不需要专用的模具或者仅需要简单的支撑模，而且板料具有更高的成形性能，可以在局部区域内成形出用常规手段方法无法加工的复杂曲面造型。并且渐进成形的压边装置结构简单，能够大大节省模具成本和样品试样的成本，具有很大的经济价值，非常适合小批量、多品种、形状复杂的板料零件成形。

板料渐进成形变形与旋压变形相似，符合剪切变形机理。在成形过程中板料在成形工具头作用下沿工件轴向作剪切流动，且从理论上讲变形后的板料厚度变化符合余弦定律，即t＝t₀·cosθ，其中，t₀是变形前板料原始厚度，t是变形后板料厚度，θ是成形件的成形角。对于成形角较大的零件进行加工时，板料厚度减薄量较大，就会出现制件的破裂。对于直壁零件的加工，根据渐进成形板料厚度变化大致符合余弦定律可知，成形后板料厚度几乎为零，显然不能成形,在实际成形中,当角度达到一定时,板料厚度就会很薄,非常容易破裂,难以成形。

目前，对于较大成形角零件的加工方法主要是多次成形逐渐逼近的加工方法和在加工点外局部加热板料的渐进成形方法。多次成形逐渐逼近大成形角零件的方法就是刚开始先选择一个合适的成形角进行加工，然后在已加工成形件的基础上多次进行类似的加工，最终得到大成形角零件。该种方法需要多次成形，太烦琐，并且成功率也很低。加工点外局部加热板料渐进成形方法，是将一套圆形涡流加热装置放在板料未加工区，并给涡流线圈通以高频交流电，交变电流在感应线圈内流动产生交变的磁场，当感应线圈周围的磁场通过金属板料时，金属板料会产生与线圈电流方向相反的涡流，交变的涡流在金属板内将产生焦耳热，来对加工点附近未变形区板料进行加热，使其强度下降，强迫扩大板料变形区域，避免变形集中于某点。采用该方法加工时，需要对板料未加工区进行加热,消耗能源,并且板料的加热也不只是发生在板料未加工区部分，对成形区板料也有影响，存在一定的局限。

发明内容：

本发明针对现有成形大成形角板料零件中存在的技术问题，提供一种带辅助底座的板料渐进成形方法。大量研究发现，渐进成形过程随着加工角度的增加，工具水平移动的比例减少,当加工角度的增加达到一定数值时,由于工具水平移动的距离过少,工具的力无法加载到没有变形的板料上,仍会加载到已经变形的板料上,变形范围减少。最后变形会集中于板料某个点，造成板料局部变形过大，致使板料破裂。

本发明所提供的一种带辅助底座的板料渐进成形方法具体步骤如下：

(1)在现有数控渐进成形机床上设置一套辅助底座装置，所述辅助底座装置由圆锥形辅助底座和液压缸组成。

(2)将所述圆锥形辅助底座的底部固定在所述液压缸上面，通过调节所述液压缸的推力和行程以控制所述圆锥形辅助底座的升降，所述液压缸的推力和行程分别单独控制，所述液压缸的推力为加工成形力的10％-50％，所述液压缸行程与板料同步，以保证所述圆锥形辅助底座对板料的支撑。

(3)在所述数控渐进成形机床的夹具内安装所述辅助底座装置，将所述辅助底座装置放置在所述夹具的正中心位置，并把所述液压缸的底部固定在所述数控渐进成形机床上。

(4)三维建模，根据板料成形的参数要求，生成所述数控渐进成形机床所能识别的数控NC代码。

(5)在未放置板料之前，根据欲加工成形零件的成形角大小，调整所述圆锥形辅助底座的倾角，并调节所述液压缸液压阀旋钮，使所述圆锥形辅助底座上升到与所述夹具平面相同的高度，以使所述板料在开始加工后在较短的时间内能够与所述圆锥形辅助底座相接触，对成形区板料产生一个支撑力，扩大板料成形区域。

(6)将待成形板料固定在所述夹具上，四周压边压紧。

(7)将所述NC代码输入所述数控渐进成形机床，操作所述数控渐进成形机床，完成对成形角较大的板料零件的渐进成形加工。

上述步骤(5)中所述圆锥形辅助底座的倾角根据下面的公式设定：

$\mathrm{\β}=\mathrm{\θ}-K\·\arccos \frac{\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\θ}}{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中：β－圆锥形辅助底座的倾角；

θ－成形件的成形角；

K－经验值系数，0.12～0.14；上述角度值均采用角度制。

本发明通过在板料的下面增加一个有一定倾斜角度的辅助底座，给加工工具一个向内推力，使加工载荷尽可能多的作用于没有变形的板料上，使板料区域变形容易转移，强迫扩大板料变形区域，避免变形集中于某个点，提高板料的成形能力。在成形过程中，随着加工工具的逐层下降，圆锥形辅助底座的斜壁会与加工工具下的成形区板料接触。此时，调节液压缸的液压阀旋钮，使圆锥形辅助底座斜壁对板料产生一个支撑力，并使辅助底座以均匀的速度随加工工具和成形区板料一起下降。在加工锥形件时，要根据渐进成形的加工进度逐渐调小液压缸的力的大小。由于随着加工的进行，板料底部的非加工区域范围逐渐变小，欲使底部非加工区域向加工区转移的力也就会逐渐变小。

圆锥形辅助底座对板料和加工工具产生的垂直于辅助底座斜壁的支撑力，会在水平方向和成形区的斜壁方向上分别产生一个指向非加工区的水平分力和沿成形区的斜壁方向向上的分力。指向非加工区的水平分力会促使加工工具向底部板料非加工区移动，使非加工区向加工区转移，扩大板料成形区域，增加板料的成形能力。支撑力在沿板料成形区斜壁方向向上的分力，会有效缓解在加工工具成形力作用下对板料斜壁产生的较大的拉应力，从而阻止板料在成形区产生过大的变形，使板料成形区性能增加，不致使板料快速破裂。另外，由于辅助底座的存在，变形区的板料金属在加工工具的挤压下沿斜壁的流动也更加容易，使板料区域变形易于转移，避免变形集中于某一个点处。

本发明方法能够大大提高板材的成形性能，使成形加工角度较大的零件得以实现，对于铝板成形具有普遍的适用性，除用于铝材加工外还可以用于钢板等其它板材的成形加工。

附图说明：

图1本发明辅助底座装置在夹具内安放位置示意图；

图2本发明辅助底座装置结构示意图。

图中：1：圆锥形辅助底座；2：液压缸；3：油液；4：压边圈；5：成形刀具头；6：板料；7：夹具凹槽，8：夹具。

具体实施方式：

选用3003铝板作为实验加工材料，将铝板在剪板机上裁剪成24块15×15mm的成形板料，以便实验中使用。将24块板料分成2组，分别采用一般渐进成形方法和本发明所提供的渐进成形法加工相同形状、相同高度、相同成形角的圆锥形制件，所加工圆锥形制件的成形角为75°，成形高度为35mm。

在成形过程中观察成形件是否出现破裂，并记录零件出现裂纹时的加工高度，当零件出现裂纹时即刻停止加工，通过比较两种渐进成形方法所得到的每组零件的破裂数目及裂纹出现时的加工高度，对比成形方法对板料成形性能的影响。

采用一般渐进成形方法对第一组的12块板料进行加工，首先根据成形件的参数要求，在UG环境下绘制出欲加工圆锥形零件的草图，利用UG软件的后处理功能生成数控成形机床所能识别的G代码，将G代码拷入机床，操作数控成形机床，加工成形制件，最终得到的成形结果如表1所示：

表1 一般渐进成形方法成形结果

在第一组实验中12个成形件在没有达到加工高度前全部出现了破裂。

采用本发明提供的渐进成形方法对第二组板料进行加工，首先在数控成形机床上增加一套由圆锥形辅助底座和液压缸组成的辅助底座装置，并将辅助底座装置安装在数控机床的夹具正中心位置，通过调节液压缸的液压阀旋钮来控制液压缸推力的大小以及控制所述圆锥形辅助底座的升降，液压缸的推力和行程可以分别单独控制，液压缸的推力为加工成形力的10％-50％，液压缸的行程与板料同步；然后，根据欲加工成形件的成形角大小，调整圆锥形辅助底座的倾角，并调节液压缸液压阀旋钮，使圆锥形辅助底座上升到与夹具平面相同的高度，以使所述板料在开始加工后即与圆锥形辅助底座相接触，对成形区板料产生一个支撑力；待辅助底座装置调整完毕后，将成形板料固定在家具上，四周压边压紧；本组实验使用与一般渐进成形方法相同的NC代码，操作数控成形机床，对成形制件进行加工。

在辅助底座的参数为倾角65°、支撑力20KN情况下，加工板料得到的12个成形制件的成形结果如表2所示：

表2 本发明渐进成形方法成形结果

从上表中看出，采用本发明所提供的渐进成形方法，板料的成形性能和成形件的成功率都大大提高了。

Claims (3)

1.一种带辅助底座的板料渐进成形方法，其特征在于该渐进成形方法具体步骤如下：

(1)在现有数控渐进成形机床上设置一套辅助底座装置，所述辅助底座装置由圆锥形辅助底座和液压缸组成；

(2)将所述圆锥形辅助底座的底部固定在所述液压缸上面，通过调节所述液压缸的推力和行程，以控制所述圆锥形辅助底座的升降；

(3)在所述数控渐进成形机床的夹具内安装所述辅助底座装置，将所述辅助底座装置放置在所述夹具的正中心位置，并把所述液压缸的底部固定在所述数控渐进成形机床上；

(4)三维建模，根据板料成形的参数要求，生成所述数控渐进成形机床所能识别的数控NC代码；

(5)在未放置板料之前，根据欲加工成形零件的成形角大小，调整所述圆锥形辅助底座的倾角，并调节所述液压缸液压阀旋钮，使所述圆锥形辅助底座上升到与所述夹具平面相同的高度，以使所述板料在开始加工后即能够与所述圆锥形辅助底座相接触，对成形区板料产生一个支撑力，扩大板料成形区域；

(6)将待成形板料固定在所述夹具上，四周压边压紧；

(7)将所述NC代码输入所述数控渐进成形机床，操作所述数控渐进成形机床，完成对成形角较大的板料零件的渐进成形加工。

2.根据权利要求1所述渐进成形方法，其特征在于步骤(2)中所述液压缸的推力和行程分别单独控制，所述液压缸的推力为加工成形力的10％-50％，所述液压缸行程与板料同步，以保证所述圆锥形辅助底座对板料的支撑。

3.根据权利要求1所述渐进成形方法，其特征在于步骤(5)中所述圆锥形辅助底座的倾角根据下面的公式设定：

$\mathrm{\β}=\mathrm{\θ}-K\·\arccos \frac{\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\θ}}{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中：β－圆锥形辅助底座的倾角；

θ－成形件的成形角；

K－经验值系数，0.12～0.14；

上述角度值均采用角度制。