金属板材数字化成形技术

金属板材数字化成形技术 ( 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 科 学与I程 学院) 摘 要 金属板材数字化成形技术是一种用 CAD模型直接驱动，实现设计与制造一体化 的柔 性快速成形方法 该技术采 用快速原型制造技术“分层制造”的思想 ，将复杂的三维形状分解成 一 系列二维数据 ，并根据工件的几何形状信息，用三轴数控设 备控制一个成形工具头作三维 曲 线运动 ．逐层对板材进行 塑性加工 ．使板材逐 步成形为所需的工件 。 关 键 词 板 材成 形 无模 成 形 渐 进 成形 2l世纪的制造业正面临着空前严峻的挑战，因此，企业不仅要快速响应市场的变化 ，满 足瞬息万变的市场对小批量多品种产品的需求，而且要能不断地通过技术创新，推出新产品 去引导市场。如何快速开发出低成本、高质量的新产品是企业生存和发展的关键 ，为此，必须 为产品的设计和制造提供新的理论、方法和技术 。金属板材成形在制造业 中有着广泛的应 用 ，但传统的工艺需要模具设计，制造周期长，费用高，难以适应小批量多品种生产和样品试 制的需要。以汽车行业为例，每年国际上都有大批新的车型问世 ，而新车型的开发主要是车 身的开发．其 中至关重要的是覆盖件的设计和制造 ，这需要经过模具设计、软模制造、试验修 改、硬模制造等复杂过程才能投人生产，试制过程耗时、耗资、耗力 ，因而延长了新产品开发 的周期 ，增加 了生产成本 。而金属板材数字化成形法采用快速原型制造技术的“分层制造”思 想，无需一一对应 的模具，便可加工任意形状的工件，大大节省了产品设计过程 中周模具设 计 、制造、实验修改等复杂过程所耗费的时间和资金 ，极大地缩短了新产品开发的周期 ，降低 了成本 ，为企业新产品的快速开发和制造提供了一种先进手段 。 1 研 究概况 为了实现金属板材的快速无模成形．国内外许多学者对此进行了大量的研究 目前 ，比 较典型的板材无模 成形方法有旋压成形、成形锤渐进 成形、多点成形和数字化渐近成形等 旋压成形是最常 用的板材无模成形技术之一 ，其成形技术较成熟 ，并已 达到 数 控成形 水 平 ，但 是 只 能加工 轴对 称 的工 件 。 CNC成形锤渐进成形法 使用 刚性 冲头和弹性下模 对板材各局部 区域分别加工，是一种单点压延渐进成 形工艺(见图 1)。CNC成形锤渐进 成形技 术方法简 ① 荆 杰 ．博士研 究 生 工件 橡胶下膜 一 图 l 成形锤渐进 成形法示意图 · 23 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 单 ，成形速度较快，但是只能成形形状 比较简单的工件 ，而 且成形后留下大量锤击压痕点，影 响制 品的表 面质量 ．因而必须进行后 续处理 多点成形法一 是利用高度可调的数控液压加载单元形成离散 曲面来代替传统模具进行 三维 曲面 成形 这 是一种 多点压延加一叫支术 ，如图 2所示 。多点成形法 初步 实现 r无模 成形 ． 不仅可加工薄板，也一 加工厚板大型覆盖件，但对于加工形状复杂的零件有困难 瑟罾 蕊 蘑 a)多点模具成形 (b)多点压机成形 图 2 多点成形法示意图 2 数字化成形 20世 纪 90年代 初 ，日本 学 者松原 茂夫 提 出 r一 种新 型 的金 属板 材 成形 工艺 金属 板材渐进成形技术【3一。其思路是将复杂 的三 维 形 状 分 解 成 一 系列 二 维 层 ，并 在 二维层上进行 塑性加工 ，实现了设计与 制造一体化的柔性快速制造一 。其加工 模芯 基本原理 如图 3所示，将被加工板材置 于一个通用模芯上 ，在板材 四周用压板 夹紧材料，该压板可沿导柱上下滑动 加 工时，将该装置 固定在 三轴联动 的数控 成形机上 ，根据工件形状几何信息 ，控制 一 个工具头以走等高线的方式 ，将板材 逐步压靠 在模 芯上 ，使 板材逐步成形 为 所需工 件 。 成形 1具 左侧 倒定装置 右侧 ：滑块装慢 图 3 金属板材数字化成形原理酗 研究证明，用渐进成形的方法 比一次拉伸成形 的传统工艺有更高的延伸率，可加工出复 杂曲面的拉伸件，加工精度和表面质量均较好 还可加工那些用传统工艺加工不出来的具有 复杂曲面的工件。 3 数字化成形 系统 为满足渐进成形工艺的要求 ，板材数控成形机必须配备三轴联动系统 ，即：平面 x、Y轴 方向上的联动与垂直 z轴方向上 的渐进运动。为了提高加工效率，x、Y轴方 向上应达到一 定的速度 机身结构应有足够 的刚度 。计算机控制成形工作头在 x、Y、z三个方 向联动。在 同一个等高层时，成形工作头在 XY平面内作曲线运动 ，每加工完一层后 ．工具头沿 z方向 下降一个距离 h；接着加工下一层 ，如此循环反复，直至工件最终成形 。 金属板材数控成形的整个工作过程为：首先，用 I．JG、Pro／E等三维设计软件绘制覆盖 件的三维图：然后，用切片软件进行分层 ( 片)处理并进行工艺 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 ；接着，通过成形工艺软 件生成加工路径文件，该路径文件经过后置处理产生 NC代码，由此控制板材数控成形机加 · 24 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 工 出金 属 板 材原 型 。 4 数 字化成形加工 路径 金属板材数字化成形技术中．一个重要的环节是生成加工路径 。这个工作可以由两种方 式进行 ：一种是采用基于 STL格式的切片并生成加工轨迹的方法；另一种是直接利用 UGII 软件得 到加工轨迹 。UGII软件是美国 EDS公司的 CAD／CAM／CAE一体化软件 ，其中的 CAM 模块是一种功能强大的计算机辅助制造模块 ，它提供了一种通过交互式编程产生精 确加工轨迹的方法。通过该模块 ，可以产生源文件(CI SF)的刀具轨迹文件 ．允许用户通过图 形化编辑 ．一边观察刀具运动一边进行修改 ，CLSF文件同时也相应地发生改变，最终 ，对 c1 sF文件进行后置处理，产生 NC代码。采用 UGII软件有 以下几个优点 ：(1)可简洁方便 地得到加工轨迹 ，无须经过复杂的切片、数据重构过程，避免因数据的运算转换而产生数据 丢失 ；(2)直接利用 UGII的三维刀具补偿功能 ，进行刀具干涉 的检查 ；(3)可实现加工过程 的动态显示 。 5 结束语 金属板材数字化成形技术是一种柔性加工工艺。本成形工艺不是针对特定板壳零件采 用模具一次拉伸成型，而是可加工任意形状的复杂工件，且不需要模具 ，省去了以往产品设 计的复杂过程中所耗费的时间和资金．适应 当前产品更新抉代的需要 ，对 于飞机、卫垦等多 品种小批量 的产品，以及汽车新型样车、家用电器等新产品的开发都具有 巨大的经济价值和 广阔的应用前景。 参 考 文 献 l 岛 造-等 塑性加工口水·y 0阳凳(天 二 加工口水·y}l：明寸弓基础研究)平成 6年度塑性 加工春季蒲演曾耥文集 ，1994．579～582 2 田中繁一 ·等 ．弹性工具 营用0 少敷回押迅 再 0J )，穸 7 一 三 }=土 弓曲面0成形 第 48回塑性加工追台群演 畲输文集，1997 129—130 3 李 明哲 ，苏世忠 ．金属板材无模多点成形专用 CAD／CAM与 CAT软件的开发 ．中国机械工程，l999(3) 4 松原茂夫 板材0逐次逆强出 L·牧 q成形 ．平成 7年度塑性加工春季第滇官器文集 ．1995，2O9—210 5 松原茂夫 ． 天7 一 i E Lt0敷值制御逐次成形法 天技祈 ，1998，36(10)：l09～115 · 信息服务 · 华 中大大学科技 园闯入“国家队” 经全国大学科技园工作指导委员会组织 专家考核评估 ，科技部和教育部首批认定 了 22个 国家大学科技园。 华 中大大学科技园作为“武汉 ·中国光 谷”第一个在建的产业基地 ，东湖高新区大学 科技园第一期启动建设的重点工程．被正式 认定为首批国家大学科技园之一 。 武汉东湖高新区大学科技园总投资 40 亿元人 民币，由华中科技大学大学科技园、武 汉大学大学科技园、武汉理工大学大学科技 园等 6个园区组成。其中建设速度晟快的是 华中大大学科技园。 · 25 · 维普资讯 http://www.cqvip.com