CN110369581B - 一种凸曲台件的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凸曲台件的成形方法，主要包括以下步骤：(1)确定加工前原始板料厚度t0；(2)计算出成形道次数N；(3)第一道次加工出成形角为θ1的台件，θ1为成形后的凸曲台件起始切角；(4)第n(n＝2,3,…,N‑1)道次加工出成形角为θ1+(n‑2)Δθ与成形角为θ1+(n‑1)Δθ之间对应的弧曲面，剩余深度加工成与此时弧曲面相切的台件，其中台件的成形角为θ1+(n‑1)Δθ，Δθ为相隔两个成形道次之间的切角之间的变化，即切角增量；(5)第N道次加工出成形角为θ1+(N‑2)Δθ与成形角为θ2之间对应的弧曲面，即得到目标凸曲台件，θ2为成形后的凸曲台件最终切角。利用该方法能够制得壁厚均匀的凸曲台件，避免凸曲台件口部出现减薄带，且成形质量高、加工成本低，成形效率高，能够在实际应用中缩短工期。

Description

一种凸曲台件的成形方法
技术领域
本发明涉及一种成形方法，更具体地，涉及一种凸曲台件的成形方法。
背景技术
凸曲台件在日常生活中应用广泛，如灯罩、餐具、装饰件和封头等，传统的凸曲台件的成形工艺为拉伸和旋压，但传统工艺成形质量低，加工成本高，周期长。而渐进成形工艺是将复杂三维形状分解成一系列等高线层，成形工具沿着等高线运动，在二维层面上进行塑性加工，渐进成形系统包括成形工具、导向装置、芯模和机床基体，该工艺已在医学、汽车制造业、新品试制、工艺装饰品和民用工业等方面得到应用。对于成形角较小的凸曲台件，可以通过单道次渐进成形得到壁厚相对均匀的目标制件，而对于成形角较大的凸曲台件，单道次渐进成形无法满足壁厚相对均匀的工艺要求，制作出的凸曲台件有可能会出现破裂现象。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种凸曲台件的成形方法，使用该方法能够制作出壁厚相对均匀、成形质量好的凸曲台件。
技术方案：本发明所述一种凸曲台件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定加工前原始板料厚度t0；
(2)计算出成形道次数N；
(3)第一道次加工出成形角为θ1的台件，θ1为成形后的凸曲台件起始切角，0°≤θ1≤θ临界1，θ临界1是厚度为t0的原始板料单道次渐进成形台件的壁厚均匀临界成形角；
(4)第n(n＝2,3,…,N-1)道次加工出成形角为θ1+(n-2)Δθ与成形角为θ1+(n-1)Δθ之间对应的弧曲面，剩余深度加工成与此时弧曲面相切的台件，其中台件的成形角为θ1+(n-1)Δθ，Δθ为相隔两个成形道次之间的切角之间的变化，即切角增量；
(5)第N道次加工出成形角为θ1+(N-2)Δθ与成形角为θ2之间对应的弧曲面，即得到目标凸曲台件，θ2为成形后的凸曲台件最终切角，θ2＞θ1且θ临界2<θ2≤90°，θ临界2是厚度为t0的原始板料单道次凸模支撑渐进成形凸曲台件的壁厚均匀临界成形角。
其中，步骤(1)中原始板料厚度t0根据板材成形前后体积不变原理，即S0t0＝S曲t理论，得出：
Figure BDA0002090028570000021
其中，S0为参与变形的板料面积：
Figure BDA0002090028570000022
S曲是成形后目标制件曲面部分的面积，R1、R2分别为凸曲台件底部和口部的半径，t理论为目标件的壁厚。
其中，步骤(2)中：
若
Figure BDA0002090028570000023
为整数，则成形道次数为N＝N'+1；
若
Figure BDA0002090028570000024
不为整数，则成形道次数N＝[N']+2；
其中[N']为不超过N'的最大整数。
其中，步骤(4)中切角增量Δθ的取值范围为：2°-10°，切角增量Δθ过大则加工道次数少，会产生壁厚不均匀的现象，切角增量Δθ过小会使得工期过长，加工效率低。
该成形方法最终减薄率控制在15％-30％，使用的工具头直径大小为6mm-12mm，轴向进给量为0.25mm/层-1.00mm/层。
有益效果：1、能够得到壁厚相对均匀的凸曲台件，避免凸曲台件口部出现薄壁区域(减薄带)；2、成形质量高，避免出现破裂现象；3、加工成本低；4、成形效率高，周期短。
附图说明
图1是凸曲台件示意图；
图2是等增量切角相切逼近型成形路径示意图；
图3是板料变形示意图；
图4是不同Δθ条件下成形凸曲台件的曲面部分壁厚分布模拟结果图；
图5是不同Δθ条件下成形凸曲台件的曲面部分壁厚分布验证结果图。
具体实施方式
图1为目标凸曲台件的示意图，其参数为：起始切角θ1＝42°，最终切角θ2＝76°，凸曲台件口部直径D1＝120mm，底部直径D2＝60mm，制件高度H＝50mm，其壁厚约为0.70mm～0.80mm。图2为等增量切角相切逼近成型路径示意图。
由
Figure BDA0002090028570000025
得S0＝(602-302)π＝8482.3mm2，由UG软件中测量面积功能可得S曲＝11651.5429mm2，可得原始板料厚度t0的范围为0.96154mm～1.09890mm，故选用原始板厚为1.00mm。在加工过程中成形工具头直径选择10mm，Z轴进给量为0.50mm/层，板材为1060铝板。对于1mm厚的1060铝板来说，当凸曲台件的成形角θ2＞θ临界2＝55°时，凸曲台件口部会出现减薄带甚至产生破裂。因此，当凸曲台件成形角θ2＞θ临界2＝55°时，应合理设计多个道次进行成形。分别选取Δθ＝2°、3°、5°、6°、8°、10°，如表1所示，进行有限元数值模拟和实验验证研究。
表1相切逼近型工艺规划表
Figure BDA0002090028570000031
采用有限元数值模拟对表1中6种成形路径规划方案进行有限元数值模拟分析，并通过有限元数值模拟中的后处理输出6种成形路径规划方案目标制件的曲面部分提取绘出壁厚分布曲线。如图4所示，从图中可以看出成形出的目标制件的曲面部分壁厚分布相对均匀，板料变形时变形情况如图3所示，壁厚减薄率在20％左右，满足实际冲压件壁厚要求，即能成形出壁厚相对均匀的制件。
通过NX获得上述设计的6种实验方案的加工程序导入数控机床，工艺参数与有限元数值模拟设定的工艺参数相同，制作实体凸曲台件。把上述实体凸曲台件沿中心线剖切输出曲面部分的壁厚分布图(图5)，可以看出实体制件的曲面部分的壁厚分布基本符合上述有限元数值模拟的分析结果。因此，根据有限元数值模拟分析和实体实验验证，使用该方法能够制得壁厚相对均匀、成形质量高的凸曲台件。

Claims (7)

1.一种凸曲台件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定加工前原始板料厚度t0；
(2)计算出成形道次数N；
(3)第一道次加工出成形角为θ1的台件，θ1为成形后的凸曲台件起始切角，0°≤θ1≤θ临界1，θ临界1是厚度为t0的原始板料单道次渐进成形台件的壁厚均匀临界成形角；
(4)第n(n＝2,3,…,N-1)道次加工出成形角为θ1+(n-2)Δθ与成形角为θ1+(n-1)Δθ之间对应的弧曲面，剩余深度加工成与此时弧曲面相切的台件，其中台件的成形角为θ1+(n-1)Δθ，Δθ为相隔两个成形道次之间的切角之间的变化，即切角增量；
(5)第N道次加工出成形角为θ1+(N-2)Δθ与成形角为θ2之间对应的弧曲面，即得到目标凸曲台件，θ2为成形后的凸曲台件最终切角，θ2＞θ1且θ临界2<θ2≤90°，θ临界2是厚度为t0的原始板料单道次凸模支撑渐进成形凸曲台件的壁厚均匀临界成形角。
2.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述步骤(1)中原始板料厚度t0根据板材成形前后体积不变原理，即S0t0＝S曲t理论，得出：
Figure FDA0002090028560000011
其中，S0为参与变形的板料面积：
Figure FDA0002090028560000012
S曲是成形后目标制件曲面部分的面积，R1、R2分别为凸曲台件底部和口部的半径，t理论为目标件的壁厚。
3.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
若
Figure FDA0002090028560000013
为整数，则成形道次数为N＝N'+1；
若
Figure FDA0002090028560000014
不为整数，则成形道次数N＝[N']+2；
其中[N']为不超过N'的最大整数。
4.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述步骤(4)中切角增量Δθ的取值范围为：2°-10°。
5.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述成形方法最终减薄率为15％-30％。
6.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述成形方法使用的工具头直径大小为6mm-12mm。
7.根据权利要求1所述的凸曲台件的成形方法，其特征在于，所述成形方法轴向进给量为0.25mm/层-1.00mm/层。
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