CN106807828B - 一种均匀板厚的制品渐进成形方法及该方法获得的制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种均匀板厚的制品渐进成形方法及该方法获得的制品，包括以下步骤：采用三维软件建立制品三维几何模型，并生成加工轨迹，按照设定的成形精度，将加工轨迹以离散点的方式输出；在竖直方向上，引入正弦波动，生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹；按照制品的平均壁厚或成形处的期望壁厚，计算成形工具在不同位置处的锤击角度θ；以相邻两个正弦波动的波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转角度(90°‑θ)；输出渐进成形的波动加工轨迹；成形工具按步骤(5)所述的加工轨迹对板料进行渐进成形。

Description

一种均匀板厚的制品渐进成形方法及该方法获得的制品
技术领域
本发明涉及一种均匀板厚的制品渐进成形方法及该方法获得的制品，属于板料渐进成形加工技术领域。
背景技术
板料渐进成形技术不需要模具或只需要支撑模，借助CAD模型即可完成板料制品的成形，特别适合新产品开发以及单件或小批量钣金件的生产，可做为冲压企业柔性制造环节，是对传统冲压成形的有利补充，因而得到了越来越多的关注和研究。
对于现有渐进成形技术，不管是工具与板料始终接触的连续式渐进成形，还是工具因不断抬起落下而与板料保持断续的周期性接触的锤击式渐进成形，制品的厚度均显著受成形角影响，板料变形前后厚度基本遵循正弦定律，即t＝t0·sin(90o-α)。可见成形角越大，变形后板料厚度越薄，当成形角超过板料的渐进成形极限角时，板料即发生破裂。因此当制品不同部分成形角相差较大时，成形制品厚度显著不均，成形角大的区域甚至容易发生破裂。成形制品厚度不均是目前限制渐进成形发展的主要问题之一。
发明内容
本发明提出了一种均匀板厚的制品渐进成形方法及该方法获得的制品，通过控制工具加工轨迹的波动方向即可控制工具的锤击角度，使金属由壁厚区域流向薄壁区域，从而达到均匀板厚的目的，提高了板料的成形性能和制品的成形质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种均匀板厚的制品渐进成形方法，包括以下步骤：
(1)采用三维软件建立制品三维几何模型；
(2)采用三维软件或人工编程方式生成制件的连续接触渐进成形加工轨迹；
(3)将步骤(2)中的连续接触渐进成形加工轨迹以满足一定成形精度的离散点输出；
(4)在三维几何模型的竖直方向上引入正弦波动，生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹；
(5)按照制品的平均壁厚或成形处的期望壁厚，计算成形工具在不同位置处的锤击角度θ；
(6)以相邻两个正弦波动的波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转角度(90°-θ)；
(7)输出渐进成形的波动加工轨迹；
(8)成形工具按步骤(7)所述的加工轨迹对板料进行渐进成形，得到制品。
进一步，所述的均匀板厚的制品渐进成形方法，步骤(3)中根据要引入正弦波的波长和每个波长应满足轨迹点的个数，通过Lagrange线性插值法对步骤(2)输出的加工轨迹点进行插值。
进一步的，步骤(5)的计算方法如下：
式中，制品的成形角为α，渐进成形的锤击角为θ，t0为板料初始厚度，为制件侧壁平均厚度，t底为单点成形时板料底部厚度，t边缘为双点成形时板料边缘厚度；h为制品顶面到底面的高度；l为制品中心线到最外侧边缘的距离。
进一步的，步骤(7)的输出格式为数控机床或专用渐进成形机可识别的格式。
进一步的，所述步骤(8)的具体过程如下：
将待加工件做成平板状结构，使待加工件的几何中心与成形夹具的几何中心重合，压住待加工件的四周；成形工具在数控机床或专用渐进成形机的控制下按照步骤(7)生成的波动轨迹数据进行逐点渐进成形。
一种制品，采用所述的均匀板厚的制品渐进成形方法获得。
本发明的有益效果：
现有渐进成形技术无法直接解决因成形角变化而导致的板料局部厚度不均的问题。解决板料成形极限角限制和制品厚度不均多采用多道次渐进成形，即通过多次“从顶至底”和“从底至顶”来逐次调整板厚。但多道次渐进成形大幅增加了成形时间，且多道次成形制品的中间形状难以确定，仅能依靠经验或反复实验。
本发明所述的均匀板厚的渐进成形方法，将正弦波引入加工轨迹实现锤击式渐进成形；根据壁厚反推锤击角，将锤击角变为波动方向，写入工具不同位置处的波动加工轨迹，从而实现了工具对板料锤击方向的变化，改变了板料中金属的流动方向，达到了均匀制品厚度的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种均匀壁厚的渐进成形方法的板料变形示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作具体详细说明，本实施例是以本发明技术方案为前提下进行实施，描述了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明所述的均匀板厚渐进成形方法，采用数控编程的方法，将工具轨迹编制为波动加工轨迹，通过控制其波动方向，随时变换工具的锤击角度，以改变板料金属的流动方向，从而达到突破单次成形的成形极限角，均匀制品厚度的目的，具体方法如下：
(1)采用三维软件建立制品三维几何模型，并生成加工轨迹，按照设定的成形精度，将加工轨迹以离散点的方式输出；
(2)在三维几何模型的竖直方向上，引入正弦波动，生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹；
(3)按照制品的平均壁厚或成形处的期望壁厚，计算成形工具在不同位置处的锤击角度θ；
(4)以相邻两个正弦波动的波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转角度(90°-θ)；
(5)输出渐进成形的波动加工轨迹；
(6)成形工具按步骤(5)所述的加工轨迹对板料进行渐进成形。
上述的三维软件可以选择CAD/CAM软件，下面以UGNX8.0软件为例，对本发明进行详细说明：
实施例1
(1)用UGNX8.0软件建立半球形的三维CAD模型，球面半径为100mm。用UGNX8.0中的加工模块，生成加工轨迹，并将加工轨迹以0.02mm的成形精度的离散点输出。设定每个波长应满足轨迹点的个数为32个，通过Lagrange线性插值法对前述离散加工轨迹点进行插值，获得新的加工轨迹点。
(2)在竖直方向上，引入正弦波动，选择正弦波长λ为0.6mm，振幅A为0.8mm，加工工具的水平进给速度v为200mm/min。生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹。
这里所述的竖直方向，在指将半球形的三维CAD模型的中心轴线方向。
(3)变形后平均厚度的计算。按照板料体积不变原则，则：
(4)根据式(1)，计算时，计算工具的锤击角度θ。则：
由于工件表面为球面，侧壁倾角α随加工高度逐层变化，因此上式中锤击角θ随加工位置逐层变化。
(5)以相邻两个波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转角度(90°-θ)，并生成新的刀路轨迹。
(6)以数控机床或专用渐进成形机可识别的格式输出渐进成形的波动加工轨迹。
(7)采用厚度为1mm的工业纯铝1060板，将板料下料成240×240mm，使板料的几何中心与成形夹具的几何中心重合，压住板料四周15mm装夹。加工工具在机床的控制下按照步骤(6)生成的波动轨迹数据进行逐点渐进成形。
上述均匀板厚的渐进成形方法，将正弦波引入加工轨迹实现锤击式渐进成形；根据壁厚反推锤击角，将锤击角变为波动方向，写入工具不同位置处的波动加工轨迹，从而实现了工具对板料锤击方向的变化，改变了板料中金属的流动方向，达到了均匀制品厚度的目的。
实施例2
一种板状成形件，即所述的制品，采用实施1中所述的多向锤击式渐进成形方法获得。采用步骤(1)-(7)得到相应的程序后，然后采用厚度为1mm的工业纯铝1060板，将板料下料成230×230mm，使板料的几何中心与成形夹具的几何中心重合，压住板料四周15mm装夹；成形工具在机床的控制下按照步骤(7)生成的波动轨迹数据进行逐点渐进成形；获得最终的产品。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种均匀板厚的制品渐进成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用三维软件建立制品三维几何模型；
(2)采用三维软件或人工编程方式生成制件的连续接触渐进成形加工轨迹；
(3)将步骤(2)中的连续接触渐进成形加工轨迹以满足一定成形精度的离散点输出；
(4)在三维几何模型的竖直方向上引入正弦波动，生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹；
(5)按照制品的平均壁厚或成形处的期望壁厚，计算成形工具在不同位置处的锤击角度θ；具体的计算方法如下：
式中，制品的成形角为α，渐进成形的锤击角为θ，t0为板料初始厚度，为制件侧壁平均厚度，t底为单点成形时板料底部厚度，t边缘为双点成形时板料边缘厚度；h为制品顶面到底面的高度；l为制品中心线到最外侧边缘的距离；
(6)以相邻两个正弦波动的波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转角度(90°-θ)；
(7)输出渐进成形的波动加工轨迹；
(8)成形工具按步骤(7)所述的加工轨迹对板料进行渐进成形，得到制品。
2.如权利要求1所述的均匀板厚的制品渐进成形方法，其特征在于，
步骤(3)中根据要引入正弦波的波长和每个波长应满足轨迹点的个数，通过Lagrange线性插值法对步骤(2)输出的加工轨迹点进行插值。
3.如权利要求1所述的均匀板厚的制品渐进成形方法，其特征在于，步骤(7)的输出格式为数控机床或专用渐进成形机可识别的格式。
4.如权利要求1所述的均匀板厚的制品渐进成形方法，其特征在于，所述步骤(8)的具体过程如下：
将待加工件做成平板状结构，使待加工件的几何中心与成形夹具的几何中心重合，压住待加工件的四周；成形工具在数控机床或专用渐进成形机的控制下按照步骤(7)生成的波动轨迹数据进行逐点渐进成形。
5.一种制品，采用权利要求1-4任一所述的均匀板厚的制品渐进成形方法获得。
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