CN106825212B - 一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，根据锤击角，成形制件的成形侧壁倾角进行不同的试验，再将试验结果的不同情况表示在横轴为锤击角、纵轴为成形角的图中，获得板料的多向锤击式渐进成形极限图，根据该成形极限图作为多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法；该方法不仅为锤击式渐进成形中能否发生破裂的判断依据，对进行多向锤击式渐进成形中锤击角设定提供重要参考，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法。
背景技术
板料渐进成形技术借助CAD模型，通过成形工具对板料分层逐点加工，最终累积形成制品形状，特别适合新产品开发以及单件或小批量钣金零件的生产。渐进成形还具有花费低、成形力小、板料成形能力高等优点。该成形方法在诸多制造行业具有广泛的应用前景，得到了越来越多的关注和研究。
通常采用的判断渐进成形中板料是否破裂的方法主要是成形极限角和成形极限图。
多向锤击式渐进成形中，可以通过调整板料的侧壁倾角和锤击方向来共同控制板料局部的变形，从而控制板料局部的厚度，当侧壁倾角和锤击角满足一定的关系时，即可成形出侧壁倾角大于板料连续渐进成形极限角的陡峭位置。因此无法通过判断成形侧壁倾角是否大于某个成形极限角来判断板料是否发生破裂。
此外，连续接触式渐进成形，成形极限图(横轴为次应变，纵轴为主应变)是判断板料是否会发生破裂的主要依据。多向锤击式渐进成形中，板料除受工具水平运动所产生的平面应变变形和双向拉伸变形，还受到沿工具锤击方向的局部变形，这种变形显著受锤击方向的影响，变形机理和传统连续接触式渐进成形不同，因此采用现有的成形极限图亦无法对其破裂进行合理判断。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，该方法根据不同锤击角对应的成形极限角判断实际加工中板料是否发生破裂，解决了多向锤击式渐进成形无法采用现在通用的成形极限图和成形极限角进行失效判断的问题，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
本发明提供的第一方案是：
一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，根据锤击角，成形制件的成形侧壁倾角进行不同的试验，再将试验结果的不同情况表示在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，获得板料的多向锤击式渐进成形极限图，根据该成形极限图作为多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
为实现上述判断方法，具体包括以下步骤：
1)针对设定材料的板料，选择一系列成等差数列的锤击角θ，针对这一系列的锤击角，分别选择成形侧壁倾角为α的成形制件，其中，α+θ＜180°且α≤90°，根据锤击角θ的不同分别进行试验，初步获得不同锤击角所对应的渐进成形极限角；
2)根据步骤1)的试验结果，采用插值法，调整成形制件的成形侧壁倾角，继续根据锤击角θ的不同分别进行试验，进一步获得不同锤击角所对应的最大和最小成形极限角；
3)将步骤1)和步骤2)获得的试验结果按照成功成形、侧壁破裂和底部破裂以不同的标识绘制在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，使用线段连接最大和最小成形极限角，获得板料的多向锤击式渐进成形极限图。
连接方法如下：先分别采用线段依次连接最大成形极限角、最小成形侧壁倾角，共获得两条曲线，再将两条曲线左端用线段相连，获得成形极限角曲线。
为了实现试验，采用成形工具对板料进行锤击试验，成形工具为球头型工具，成形工具为成形截头圆锥工具。
所述步骤1)、步骤2)对板料进行的试验，具体通过如下方法进行试验：
将板料的四边进行固定，采用成形工具按照预先编制的多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹对板料进行成形，多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹详见申请号为2017100697211中的方案。
对板料四边进行固定采用成形夹具进行固定。
进一步地，所述成形夹具包括支架，支架底部设置用于支撑板料端部的支撑板，在支撑板上方活动设置用于从板料上方固定板料的压板。
一系列成等差数列的所述锤击角选择的数量在6～10个，以降低试验误差。
所述成形截头圆锥工具的开口半径为80mm～160mm，成形深度为20mm～50mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的所述多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，得到了不同锤击角对应的成形极限角，即多向锤击式渐进成形极限图。不仅为锤击式渐进成形中能否发生破裂的判断依据，对进行多向锤击式渐进成形中锤击角设定提供重要参考，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
附图说明
图1为纯铝1060板多向锤击式渐进成形极限图示意图一。
图2为08F钢多向锤击式渐进成形极限示意图二。
图3为成形工具示意图。
图4为成型过程示意图。
图中：1.锤击方向，2.成形制件，3.压板，4.支撑板，5.支架，6.变形后板料，7.变形前板料。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法的实施过程如下：
(1)以厚度为1mm的工业纯铝1060板为实验板料，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，通过压板3压住板料四周约15mm，并将压板3与支撑板4进行固定，如图4所示。
(2)分别选择锤击角为15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°和120°，通过锤击角确定锤击方向1，分别选择成形侧壁倾角α为20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°和90°的截头圆锥制件(需满足α+θ＜180°且α≤90°)，制件开口半径均为100mm，深度为30mm，采用球头直径为10mm的成形工具2，如图3所示，进行实验，图4中给出了变形前的板料7与变形后的板料6。发现当锤击角为15°时，在任意成形侧壁倾角条件下，制件底部均发生破裂，侧壁无破裂；锤击角为30°时，成形侧壁倾角为20°的制件，制件底部发生破裂，侧壁倾角为30°～90°时的制件未破裂；锤击角为45°和60°时，制件底部与侧壁均未发生破裂；锤击角为75°，侧壁倾角为80°和90°的制件侧壁破裂；锤击角为90°时，侧壁倾角为70°和80°的成形制件侧壁破裂；锤击角为105°时，侧壁倾角为60°的成形制件侧壁破裂；锤击角为105°时，侧壁倾角为50°的制件侧壁破裂。
其中，采用成形工具按照预先编制的多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹对板料进行成形，多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹详见申请号为2017100697211中的方案。
该加工轨迹具体确定如下：
(1)采用三维软件建立制件三维几何模型；
(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)对步骤(3)输出的加工轨迹点进行插值，获得新的加工轨迹点；
(5)在垂直于水平方向上根据工具水平速度和加工时间引入正弦波动，调整步骤(4)获得的新的加工轨迹点，控制引入的振幅，生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹；
(6)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特定角度，实现波动方向可控；
(7)输出多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹。
(3)根据上述实验结果，增加锤击角为22.5°成形侧壁倾角α为20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°和90°的截头圆锥制件，侧壁倾角为20°、30°、40°的制件均发生底部破裂，侧壁倾角为50°、60°、70°、80°和90°的制件成形成功；进一步成形侧壁倾角为45°的制件，制件破裂，取锤击角为22.5°时的最小成形极限角为50°。
(4)根据实验结果，锤击角为30°时，成形极限角应大于20°，进一步实验成形侧壁倾角为25°时，发现制件底部未发生破裂，则取锤击角为30°时最小成形极限角为25°
(5)根据上述实验结果，进一步实验，选择锤击角为75°时，成形侧壁倾角为75°的制件，发现制件侧壁未发生破裂，取锤击角为75°时的最大成形极限角为75°；选择锤击角为90°时，成形侧壁倾角为65°的制件，发现制件侧壁未发生破裂，取锤击角90°时的最大成形极限角为65°；选择锤击角为105°时，成形侧壁倾角为55°的制件，发现制件侧壁发生破裂，取锤击角为105°时的最大成形极限角为50°；选择锤击角为120°时，成形侧壁倾角为45°的制件，发现制件侧壁发生破裂，取锤击角为120°时的最大成形极限角为40°。
(6)将所有实验结果按照成功成形、底部破裂和侧壁破裂以不同的标识绘制在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，用线段连接最大和最小成形极限角，获得可以成形极限角曲线，获得实验材料多向锤击式渐进成形极限图，如图1所示。
根据步骤(6)获得的多向锤击式渐进成形极限图，以此为依据判断多向锤击式渐进成形板料是否破裂，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
实施例2
多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法的实施过程如下：
(1)以厚度为1.5mm的08F钢板为实验板料，将板料6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，通过压板3压住板料四周约15mm，并将压板3与支撑板4进行固定，如图4所示。
(2)分别选择锤击角为15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°和120°，通过锤击角确定锤击方向1，分别选择成形侧壁倾角α为50°、60°、70°、80°和90°的成形制件(需满足α+θ＜180°且α≤90°，否则不能成形)，开口半径均为100mm，深度为30mm的截头圆锥制件，采用球头直径为10mm的成形工具2，如图3所示，进行实验，图4中给出了变形前的板料7与变形后的板料6，发现当锤击角为15°时，侧壁倾角为20°和30°的制件底部破裂，侧壁倾角为60°～90°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为40°和50°的制件未发生破裂；锤击角为30°时，侧壁倾角为20°的制件底部破裂，侧壁倾角为80°和90°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为30°～70°的制件未发生破裂；锤击角为45°时，侧壁倾角为90°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为20°～80°的制件未发生破裂；锤击角为60°时，实验制件均未发生破裂；锤击角为75°时，侧壁倾角为80°和90°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为20°～70°的制件未发生破裂；锤击角为90°时，侧壁倾角为70°和80°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为20°～60°的制件未发生破裂；锤击角为105°时，侧壁倾角为60°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为20°～50°的制件未发生破裂；锤击角为120°时，侧壁倾角为40°和50°的制件侧壁发生破裂，侧壁倾角为20°和30°的制件未发生破裂。
(3)根据实验结果，选择锤击角为15°，进一步实验成形侧壁倾角为35°和55°制件，分别在底部和侧壁发生破裂，则取锤击角为15°时最小成形极限角为40°、最大成形极限角为50°。
(4)根据实验结果，选择锤击角为30°，进一步实验成形侧壁倾角为25°和75°制件，发现25°制件未发生破裂，而75°制件侧壁发生破裂，则取锤击角为30°时最小成形极限角为25°、最大成形极限角为70°。
(5)根据实验结果，选择锤击角为45°，进一步实验成形侧壁倾角为85°制件，发现制件侧壁发生破裂，则取锤击角为45°时最大成形极限角为80°；选择锤击角为75°，进一步实验成形侧壁倾角为75°制件，未发现制件侧壁发生破裂，则取锤击角为75°时最大成形极限角为75°；选择锤击角为90°，进一步实验成形侧壁倾角为65°制件，未发现制件侧壁发生破裂，则取锤击角为90°时最大成形极限角为65°；选择锤击角为105°，进一步实验成形侧壁倾角为55°制件，发现制件侧壁发生破裂，则取锤击角为105°时最大成形极限角为50°；选择锤击角为120°，进一步实验成形侧壁倾角为35°制件，发现制件侧壁发生破裂，则取锤击角为120°时最大成形极限角为30°。
(6)将所有实验结果按照成功成形、底部破裂和侧壁破裂以不同的标识绘制在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，用线段连接最大和最小成形极限角，获得可以成形极限角曲线，获得实验材料多向锤击式渐进成形极限图，如图2所示。
根据步骤(6)获得的多向锤击式渐进成形极限图，以此为依据判断多向锤击式渐进成形板料是否破裂，为合理的制定多向锤击式渐进成形工艺提供依据。
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 (8)
1.一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，根据锤击角，成形制件的成形侧壁倾角进行不同的试验，再将试验结果的不同情况表示在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，获得板料的多向锤击式渐进成形极限图，根据该成形极限图作为多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法。
2.如权利要求1所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)针对设定材料的板料，选择一系列成等差数列的锤击角θ，针对这一系列的锤击角，分别选择成形侧壁倾角为α的成形制件，其中，α+θ＜180°且α≤90°，根据锤击角θ的不同分别进行试验，初步获得不同锤击角所对应的渐进成形极限角；
2)根据步骤1)的试验结果，采用插值法，调整成形制件的成形侧壁倾角，继续根据锤击角θ的不同分别进行试验，进一步获得不同锤击角所对应的渐进最大和最小成形极限角；
3)将步骤1)和步骤2)获得的试验结果按照成功成形、侧壁破裂和底部破裂以不同的标识绘制在横轴为锤击角、纵轴为成形侧壁倾角的图中，使用线段连接最大和最小成形极限角，获得板料的多向锤击式渐进成形极限图。
3.如权利要求2所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，采用成形工具对板料进行锤击试验，成形工具为成形截头圆锥工具。
4.如权利要求2所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，所述步骤1)、步骤2)对板料进行的试验，具体通过如下方法进行试验：
将板料的四边进行固定，采用成形工具按照预先编制的多向锤击式加工轨迹运动对板料进行成形。
5.如权利要求4所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，对板料两端进行固定采用成形夹具进行固定。
6.如权利要求5所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，所述成形夹具包括支架，支架顶部设置用于支撑板料端部的支撑板，在支撑板上方活动设置用于从板料上方固定板料的压板。
7.如权利要求2所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，所述锤击角选择的数量在6～10个。
8.如权利要求3所述的一种多向锤击式渐进成形板料破裂的判断方法，其特征在于，所述成形截头圆锥工具的开口半径为80mm～160mm，成形深度为20mm～50mm。
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