CN110434223A - 基于电弧3d打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，结合电弧3D打印技术，在零件成形的过程中喷涂上一层材料形成加强筋，有效增加钣金的强度。同时，电弧3D打印喷头在熔融喷涂材料的同时，产生的热量会使得钣金局部温度升高，从而降低材料的变形抗力，增加材料在变形过程中所能达到的变形程度，减少回弹，提高零件的成形精度。这种将电弧3D打印技术和渐进成形技术结合的方法，可以提高钣金在渐进成形的强度，减少拐角处容易破裂现象，降低材料的变形抗力，提高材料的成形精度。

Description

基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法

技术领域

本发明涉及钣金零件的渐进成形技术，尤其涉及一种基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法。

背景技术

金属钣金成形在制造业中有着广泛的应用，是一种新型的板料加工技术。传统的钣金成形工艺必须使用模具，因而生产周期长，费用高，难以适应小批量，多品种和样品试制的生产模式，比较适合用于大批量的零件生产，但在中小批量零件的生产过程中，模具的设计，制造，修改等复杂过程，其成本费用会使单个零件的费用有明显的增加，并且耗费四件过长，很难快速的生产处设计者设计出的零件，对于客户的个性化需求做出快速响应就更加困难。在当今市场向多元化，个性化方向发展的背景下，在批量生产向个性化生产转变的今天，产品的单件小批量，多样化，多品种的发展趋势下，各种先进的钣金成形方法不断涌现出来，其中就包括渐进成形。

渐进成形技术又称为无模成形技术。不需要或仅需要简单的模具，节省了模具制造的设计制造时间，且能对板料变形进行逐点控制，在理论上可以控制每一点的成形，因此制件壁厚均匀。但是其存在一个明显的缺陷，就壁厚有明显的减薄现象，减低了材料的强度，并在成形拐角处容易应力集中从而产生破裂现象。

3D打印技术可以快速获得高精度的零件，但目前金属零件采用3D打印技术获得的方式有多种，其一是使用3D技术直接打印金属零件，但这种方式成本高，周期长。

专利CN201511027490公布了一种熔融金属3D打印装置以及打印方法，结合丝材挤出热熔成型以及基于熔融得融化成型，通过焊接电弧产生得高温促使高熔点金属丝材融化成熔融液态金属在通过壳体、喷嘴的内部压力的挤压作用使金属液稳定、快速地流出从而实现3D打印。明显改善3D打印生产效率低，成本高，打印精度极差的问题。

将渐进成形技术和3D金属熔融技术结合起来，可以在渐进成形过程中形成加强筋，有效改变渐进成形过程中壁厚减薄和底部圆角易破裂等缺陷，同时电弧3D打印喷头对材料局部加热，降低材料的变形抗力。此外板料外侧的加强筋可以减少成形过程中的板料回弹现象，同时增加渐进成形板料整体强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，包含以下步骤：

步骤1），获得渐进成形工具头沿板料侧壁方向的进给路径；

步骤2），由于渐进成形工具头以螺旋线方式对板料进行加工，根据渐进成形工具头的进给路径和板料壁厚计算出板料两侧的变形路径，分别记为路径A、路径B，并将路径A、路径B的两端均延长预设的距离阈值，将路径A开始端的延长段记为路径C、路径A结束端的延长段记为路径D，将路径B开始端的延长段记为路径E、路径B结束端的延长段记为路径F；

步骤3），控制电弧3D打印喷头分别沿路径C、路径E进行3D加强筋打印；

步骤4），控制渐进成形工具头以预设的进给深度阈值为下压量沿进给路径对板料进行加工，渐进成形工具头每进给一个下压量、控制电弧3D打印喷头依次在板料两侧的变形处进行3D加强筋打印，则渐进成形工具头沿进给路径加工完毕后，电弧3D打印喷头在路径A、路径B的加强筋打印完毕；

步骤5），控制电弧3D打印喷头分别沿路径D、路径F进行3D加强筋打印。

作为本发明基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法进一步的优化方案，控制电弧3D打印喷头进行加工时，电弧3D打印喷头始终垂直于板料。

作为本发明基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法进一步的优化方案，控制电弧3D打印喷头进行加工时控制送丝量，使得打印出的加强筋的厚度范围为1 mm ~2mm。

作为本发明基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法进一步的优化方案，所述电弧3D打印喷头打印加强筋时加强筋的温度和板料热成形温度相同。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明结合电弧3D打印技术和渐进成形技术的加强筋钣金件的成形方法，在零件成形的过程中喷涂上一层材料形成加强筋，就可以有效增加钣金的强度。同时，电弧3D打印喷头在熔融喷涂材料的同时，产生的热量会使得钣金局部温度升高，从而降低材料的变形抗力，增加材料在变形过程中所能达到的变形程度，减少回弹，提高零件的成形精度。这种将电弧3D打印技术和渐进成形技术结合的方法，可以提高钣金在渐进成形的强度，减少拐角处容易破裂现象，降低材料的变形抗力，提高材料的成形精度。本发明方法简单可行，在航空、航天、汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。

附图说明

图1是基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法的加工示意图；

图2是钣金件渐进成形过程后的效果示意图。

图中，1-渐进成形夹头，2-焊条，3-电弧3D打印喷头，4-板料，5-加强筋，6-渐进成形工具头，7-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，包含以下步骤：

步骤1），获得渐进成形工具头沿板料侧壁方向的进给路径；

步骤2），如图2所示，由于渐进成形工具头以螺旋线方式对板料进行加工，根据渐进成形工具头的进给路径和板料壁厚计算出板料两侧的变形路径，分别记为路径A、路径B，并将路径A、路径B的两端均延长预设的距离阈值，将路径A开始端的延长段记为路径C、路径A结束端的延长段记为路径D，将路径B开始端的延长段记为路径E、路径B结束端的延长段记为路径F；

步骤3），控制电弧3D打印喷头分别沿路径C、路径E进行3D加强筋打印；

步骤4），控制渐进成形工具头以预设的进给深度阈值为下压量沿进给路径对板料进行加工，渐进成形工具头每进给一个下压量、控制电弧3D打印喷头依次在板料两侧的变形处进行3D加强筋打印，则渐进成形工具头沿进给路径加工完毕后，电弧3D打印喷头在路径A、路径B的加强筋打印完毕；

步骤5），控制电弧3D打印喷头分别沿路径D、路径F进行3D加强筋打印。

控制电弧3D打印喷头进行加工时，电弧3D打印喷头始终垂直于板料，控制送丝量，使得打印出的加强筋的厚度范围为1 mm ~2mm，且电弧3D打印喷头打印加强筋时加强筋的温度和板料热成形温度相同。

图1是基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法一个实施例的加工示意图。

第1步：用剪板机冲裁出边长为200mm，厚度为1.5mm的板料；

第2步：利用板料夹头将板料装夹在渐进成形机床上，将焊条装入电弧3D打印喷头，将电弧3D打印喷头和渐进成形工具头共同连接到控制器中；

第3步：根据渐进成形工具头的进给路径计算出板料两侧的变形路径，分别记为路径A、路径B，并将路径A、路径B的两端均延长预设的距离阈值，将路径A开始端的延长段记为路径C、路径A结束端的延长段记为路径D，将路径B开始端的延长段记为路径E、路径B结束端的延长段记为路径F；

第4步：控制电弧3D打印喷头分别沿路径C、路径E进行3D加强筋打印；

第5步：启动机床，渐进成形工具头按照数控程序（层下压量0.5mm，进给速率2000mm/min，）挤压板料变形，控制渐进成形工具头以预设的进给深度阈值为下压量沿进给路径对板料进行加工，渐进成形工具头每进给一个下压量0.5mm、控制电弧3D打印喷头依次在板料两侧的变形处进行3D加强筋打印（电压30V,电流250A，堆焊速度2000mm/min送丝速度24mm/min），打印厚度为1.5mm的加强筋；

第6步：控制电弧3D打印喷头分别沿路径D、路径F进行3D加强筋打印；

第7步：渐进成形板料和加强筋打印完毕，松开板料夹头，取下渐进成形板料。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明结合电弧3D打印技术和渐进成形技术的加强筋钣金件的成形方法，在零件成形的过程中喷涂上一层材料形成加强筋，就可以有效增加钣金的强度。同时，电弧3D打印喷头在熔融喷涂材料的同时，产生的热量会使得钣金局部温度升高，从而降低材料的变形抗力，增加材料在变形过程中所能达到的变形程度，减少回弹，提高零件的成形精度。这种将电弧3D打印技术和渐进成形技术结合的方法，可以提高钣金在渐进成形的强度，减少拐角处容易破裂现象，降低材料的变形抗力，提高材料的成形精度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），获得渐进成形工具头沿板料侧壁方向的进给路径；

步骤2），由于渐进成形工具头以螺旋线方式对板料进行加工，根据渐进成形工具头的进给路径和板料壁厚计算出板料两侧的变形路径，分别记为路径A、路径B，并将路径A、路径B的两端均延长预设的距离阈值，将路径A开始端的延长段记为路径C、路径A结束端的延长段记为路径D，将路径B开始端的延长段记为路径E、路径B结束端的延长段记为路径F；

步骤3），控制电弧3D打印喷头分别沿路径C、路径E进行3D加强筋打印；

步骤4），控制渐进成形工具头以预设的进给深度阈值为下压量沿进给路径对板料进行加工，渐进成形工具头每进给一个下压量、控制电弧3D打印喷头依次在板料两侧的变形处进行3D加强筋打印，则渐进成形工具头沿进给路径加工完毕后，电弧3D打印喷头在路径A、路径B的加强筋打印完毕；

步骤5），控制电弧3D打印喷头分别沿路径D、路径F进行3D加强筋打印。

2.根据权利要求1所述的基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，其特征在于，控制电弧3D打印喷头进行加工时，电弧3D打印喷头始终垂直于板料。

3. 根据权利要求1所述的基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，其特征在于，控制电弧3D打印喷头进行加工时控制送丝量，使得打印出的加强筋的厚度范围为1 mm ~2mm。

4.根据权利要求1所述的基于电弧3D打印与渐进成形技术的加强筋钣金件成形方法，其特征在于，所述电弧3D打印喷头打印加强筋时加强筋的温度和板料热成形温度相同。