板料零件数控渐进成形工艺研究

第 10卷 第 4期 2003年 8月 塑性工程学报 0URNAL OF PLASTICITY ENGINEERING Vo1．10 No．4 Aug． 2003 板料零件数控渐进成形工艺研究 (华中科技大学模具技术国家重点实验室，武汉 430074) 周六如 莫健华 肖祥芷 摘 要 ：板料零件数控渐进成形工艺是一种通过数字控制设备 ，采用预先 编制好 的控制程序逐点成形板料零件的 柔性加工工艺。本文就板料零件数控渐进成形工艺的成形过程、变形机理、极限半顶角等方面进行了探讨。认为， 板料零件数控渐进成形是使板料的厚度减薄， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积增大，靠逐次的变形累积产生整体的变形。变形区厚度的变化 与成形半顶角有关，其中，成形极限半顶角是数控渐进成形能否成功的关键，它不仅与材料有关，而且与板料厚度 有关 。 关键词 ：板料 ；数控渐进成形 ；柔性加工工艺 ；成形极限半顶角 中图分类号 ：TG381 文献标识码 ：A 文章编号：1007—2012(2003)04—0027—03 1 引 言 板料零件数控渐进成形工艺是一种通过数字控 制设备，采用预先编制好 的控制程序逐点成形板料 零件的柔性加工工艺 。该工艺不需要专用模具 ，成 形极限较大，重复性好 ，可控制金属流动，能加工 出形状复杂的 自由曲面，适合于航天、汽车工业等 的小批量、多品种 、形状复杂的板料零件加工 ，有 着十分诱人的发展前景。但是迄今为止 ，国际上对 数控渐进成形工艺的研究也只处于探索阶段，理论 方面的分析较少且不成熟 ，对于该工艺的成形和控 制方面还有待于发展完善L1叫]。 本文就板料零件数控渐进成形工艺的成形过程、 变形机理 、成形极限半顶角等方面进行了探讨。 2 成形过程 板料零件数控渐进成形的加工过程如图 1所示。 数控成形系统主要由工具头 (成形工具)、导向 装置、芯模和机床本体组成。工具头在数控系统的 控制下进行运动，芯模起支撑板料的作用 ，对于形 状复杂的零件 ，该芯模可以制成简单的模具，有利 于板料的成形。 成形时，首先将被加工板料置于一个通用芯模 上，在托板 四周用压板夹 紧板料 ，该托板可沿导柱 上下滑动。然后将该装置 固定在三轴联动 的数控成 周六如 Email：zlr—hust@163．com 收稿 日期 ：2003—01-02 b 托 板 阜 降 图 1 板料零件数控渐进成形过程图 a)板料成形前；b)板料成形中 № 1 Di 0f NC incnnnmtal sheet parts{orming process 形机上 ，加工时，成形工具先走到指定位置，并对 板料压下设定压下量 ，然后根据控制 系统的指令 ， 按照第一层轮廓的要求 ，以走等高线的方式 ，对板 料进行单点渐进塑性加工，如图 1b所示。在形成所 需的第一层截面轮廓后 ，成形工具又压下设定 的高 度，再按第二层截面轮廓要求运动，并形成第二层 轮廓。如此重复 ，直到整个工件成形完成。 3 变形机理 板料零件数控渐进成形工艺中，由于成形 工具 球头的半径大大地小于板料的尺寸，所以板料每次 产生的变形仅发生在成形球头的周围，靠逐次的变 维普资讯 http://www.cqvip.com 28 塑性工程学报 第 1O卷 形累积产生整体的变形。成形区板料承受双向拉应 力，导致板料厚度减薄，减薄到一定程度，必然因 材料失稳而破裂。根据材料体积不变原理可推导出 变形区材料厚度跟板料成形面与垂直方向的夹角 0 有关 (见图 2)，即 ￡一tosin0，式中，to为板料原始 厚度 ，t为变形后变形 区厚度 ，其变化 曲线如 图 3 所示。故夹角 0的大小可作为板料成形是否破裂的 判断值 ，称其为成形极限半顶角。 图 2 圆台截面图 Fig．2 Section diagram of circular taper 图 3 厚度变化曲线 Fig．3 Curve of thickness change 为了验证 t—tosinO的正确性 ，在数控 成形机 上 ，用厚度 1．0mm 的 08A1薄板 ，分别取 0_--20。～ 6O。、7O。等进行实验，分别测量变形后变形区的厚 度 ，测量结果表示在 图 4中。从 图 4中可 以看到， 实验结果与理论分析结果非常接近 ，这验证了理论 分析的正确性 。 4 成形极限半顶角 根据 ￡一￡。sin0证实由单个工具路径的成形生产 0 O(。) 图 4 厚度变化 曲线 Fig．4 The curve of the thickness changes 的圆锥壳 的厚度与正弦定律获得 的厚度非常一致。 正弦定律指出壳的半顶角接近于零时，壳 的厚度接 近于零 。因此 ，要保证成形能顺利进行 ，必须知道 成形的极限半顶角 ，保证变形区变形后有一定 的厚 度，不致于破裂 。从而，取不小于此角的角度进行 成形便能成功。同时 ，极限成形半顶角不仅与材料 有关 ，而且与板料初始厚度有关。下面分别分析如 下 。 4．1 不同材料的成形极限半顶角 在 数 控 成 形 机 上，分 别 用 厚 度 1．0mm 的 LY12、08A1和 O8钢 3种板料进行成形实验，得到 的可成形的极限半顶角表示在表 1中。 从表 1可 以看到 ，相同厚度的板料 ，材料塑性 越好，成形极限半顶角越小，变形程度越大 。 表 1 不同材料的成形极限半顶 角 Tab．1 The ultimateforming half-apexangle ofthe different material 变形区初始厚度 成形极限半顶 变形区变形后 材 料 (ram) 角 0(。) 厚度 (ram) LY12 1．O 21 O．36 0．5 25 0．42 0．8 23 O．39 O8Al 1．O 22 O．37 1．2 19 O．33 1．5 17 O．31 O8钢 1．O 23 O．39 4．2 相同材料、不同厚度的板料成形极限半顶角 在 数 控 成 形 机 上 ，用 厚 度 分 别 为 0．5mm、 0．8mm、1．0mm、1．2mm 和 1．5mm 的 O8Al薄钢 板进行实验 ，得到的成形极限半顶角表示在表 1和 图 5中。 从表 1及图 5可以看出，相同材料 、不同厚度 的板料，数控渐进成形的成形极限半顶角不同，但 是，基本上呈线性关系，即板料初始厚度越大，成 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 周六如 等：板料零件数控渐进成形工艺研究 形极限半顶角越小。这说明，板料零件数控渐进成 形工艺的成形极限半顶角不仅与材料有关 ，而且与 板料初始厚度有关 。 2．O 1．5 1．2 1．O O．8 O．5 O lO 2O 3O e ) 图 5 不 同厚度的 08AI板成形极 限半顶角 Fig．5 The limited half-apex angle of the different thickness of the 08Al sheet metal 5 结 论 1)板料零件数控渐进成形工艺是一种通过数字 控制设备，采用预先编制好的控制程序逐点成形板 料零件的柔性加工工艺。 2)板料零件数控渐进成形工艺要顺利进行 ，必 须首先确定成形极限半顶角。然后，取不小于此角 的角度进行成形便能成功。 3)板料零件数控渐进成形工艺的成形极限半顶 角不仅与材料有关，而且与板料初始厚度有关。 4)正弦定律指出壳的半顶角接近于零时壳的厚 度接近于零 。因此 ，通过一次成形来加工直壁件是 不可能的。 参考文献 [1] 松原茂夫 ．少 灭7才一 三、／ L 数值制 御逐次成形法 ． 叉技术 ，1998，36(1O)：109 115 [2] 井明l手加．水一， 口一 忙 否金属薄板 逐次艰出 L成形 l：括l于否破断界 限，塑性 加工 ，1994，35 (406)：1336~1341 [3] 戴昆 ．板材数控增量成形的数值模拟及其成形机理 的实验研究 ．哈尔滨工业大学工学博士学位论文， 1997 [4] 莫健华 ．金属板料数控无模成形及快速制模 ．电加 工与模具，2001(1)：15~18 A study of NC incremental sheet parts forming process ZHOU Litrru MO Jian-hua XIAO Xiang-zhi (State Key Laboratory of Plastic Forming Simulation and Die＆ Mould Technology。 Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074) Abstract．．NCincremental sheetpartsforming processis aflexible processwhichistOform the sheet point bypointonNCforming machine according to the prepared program ．In this paper，the forming principle of NC incremen tal sheet metal parts fo process，the ultimate half-apex angleare presen ted ，and SOon．Sheetthickn essisthinned ，surfaceareaisincreased intheNCin- cr~rlental sheet metal parts forming process ，an d sheet forming point by point is to lead to the whole sheet deformation ． The thickn ess varies according to the half-apex angle，and the forming limit half-apex angle is the key which NC incremental sheet met— al parts forming process Succeeds，it relates to the ma terial an d thickn ess of the sheet metal Key w0rtb：sheet metal NC incremental forming；flexible process；the forming limit half-apex angLe 维普资讯 http://www.cqvip.com