專利名稱：板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及板料柔性成形方法，具體是一種板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法。
背景技術(shù)：
鈑金零件的柔性制造技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品日益多樣化的趨勢下越來越受到研究機(jī)構(gòu)和制造行業(yè)的重視。在旋壓基礎(chǔ)上發(fā)展而來的板料漸進(jìn)成形(增量成形)方法就是一種鈑金零件的柔性制造技術(shù)。2001年日本人R田智仙和川村涉申請了中國發(fā)明專利“增量成形方法及其設(shè)備”(公開號CN 1320497A,
公開日期2001. 11. 7)，提出將預(yù)定形狀的板料安裝在模具上，板料上方的成形工具沿模具內(nèi)周連續(xù)移動而擠壓板料，使材料增量成形。近年來許多學(xué)者對板料漸進(jìn)成形方法進(jìn)行了深入研究。 目前，普遍研究的板料漸進(jìn)成形方法仍有很多與旋壓成形方法相似的地方，值得注意的是，它們的成形軌跡都是連續(xù)的，成形工具在數(shù)控機(jī)床的帶動下沿著連續(xù)的成形軌跡運動，同時擠壓板料而成形零件。成形工具沿著成形軌跡連續(xù)向前運動的時候，成形工具不僅將局部的板料向垂直于成形軌跡的方向拉扯，同時也推動局部材料在成形軌跡方向移動產(chǎn)生周向變形，這種變形是不必要的，這種沿著成形軌跡的變形疊加，最終會在成形零件上以零件扭曲的形式反映出來，而降低了零件成形質(zhì)量。比利時學(xué)者J. R. Duflou等2010年發(fā)表文章專門分析了連續(xù)軌跡漸進(jìn)成形零件的扭曲變形問題，指出其扭曲變形是因為成形工具連續(xù)運動過程中對板料有向前的推擠作用，而產(chǎn)生了不必要的變形(Duflou J R, Vanhove H, Verbert J, et al. Twist revisited: Twistphenomena in single point incremental forming[J] · CIRP Annals-ManufacturingTechnology. 2010, 59(1) :307-310.)。因此，提出一種可以使板料不產(chǎn)生這種非必要變形的漸進(jìn)成形方法是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的成形零件扭曲變形的不足，本發(fā)明提出了一種板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法。本發(fā)明所述錐臺形零件的幾何尺寸包括錐臺大端的直徑D、錐臺的高度H及成形角Θ ;所選用成形工具頭的半徑為r;所述成形角Θ等于90°減去二分之一錐角；具體步驟是第一步，根據(jù)零件形狀確定成形軌跡；確定成形軌跡的具體過程是a.成形軌跡的坐標(biāo)原點為與成形工具頭相鄰的預(yù)成形板料的表面的幾何中心；建立成形軌跡的坐標(biāo)系；b.確定成形工具頭下壓參數(shù)；所述的成形工具頭下壓參數(shù)包括成形工具頭下壓的高度e、第η個周向軌跡Qn與第η + I個周向軌跡Qn+1之間的軸向間距Λ hn、第η個周向軌跡Qn與第η + I個周向軌跡Qn+1之間的徑向間距Λ Rn,以及第O個周向軌跡Qtl與第N-I個周向軌跡Qjm之間的軸向距離H。；所述的Δ Rn= Δ hncot Θ，H0=H- Δ hN_1；式中Δ hN_!為成形工具頭在第N-I個周向軌跡Qim上的下壓高度；C.確定周向軌跡的參數(shù)；所述周向軌跡的參數(shù)包括第O個周向軌跡Qtl的直徑Dp
第η個周向軌跡Qn的直徑Dn，以及周向軌跡的數(shù)量N，iV=& + l=!，其中H為錐臺的高度，
ee
e為成形工具頭每次的下壓高度；d.確定成形工具頭與預(yù)成形板料的接觸面的參數(shù)；所述成形工具頭與預(yù)成形板料的接觸面的參數(shù)包括成形工具頭與預(yù)成形板料周向接觸的長度<、徑向接觸的長度K;所述成形工具頭在第η個周向軌跡Qn上第m個點壓位置 T壓下后與板料的周向接觸長度< =+ a2 - rMi / S: + rAhn / S2 = 4rAhn IS減形工具頭在第n個周向軌跡Qn上第m個 點壓位置C壓下后與板料的徑向接觸長度C = +Kz - rAh IRn +τ ηθ ；e.確定第η個周向軌跡Qn上壓點的數(shù)量Mn，以及各壓點的位置Γ之間的參數(shù)；所述各壓點位置之間的參數(shù)包括第η個周向軌跡Qn上第m-Ι個壓點位置Τ?！?到第m個壓點位置J；M的間距4C、間距Af所對應(yīng)的中心角為、第η個周向軌跡Qn上的第O個壓點位置I；"與第η個周向軌跡Qn的中心Cn點的連線與X軸的夾角夕所述第η個周向軌跡Qn的中心角《C滿足of+<+...+ tff =2;τ的條件；f.確定成形工具頭點壓位置的參數(shù)；所述成形工具頭在第η個周向軌跡Qn上第m個點壓位置TT的參數(shù)包括成形工具頭在每個壓點位置ΓΒ"頂壓板料時的起始點Pn(TJ)及終止點6(C)的坐標(biāo)；第二步，使成形工具沿設(shè)計的成形軌跡頂壓板料成形零件；成形中，成形工具沿成形軌跡依次逐點成形，或者該成形工具沿成形軌跡隔點成形；成形工具沿成形軌跡依次逐點成形的具體過程是a.成形工具頭4的球頭中心位于戽(7；°)點，使成形工具頭頂點與板料接觸；使工具頭頂壓板料，工具頭的球頭中心到達(dá)6(燈)點，板料局部變形；工具頭的球頭中心退回戽(<)點，一次頂壓動作完成，點壓位置T處的點壓成形完成；移動成形工具頭，使工具頭球頭中心到達(dá)巧( )點；工具頭球頭頂壓板料至€(2;1)點；工具頭球頭退回到巧(K)點，完成對Te1點壓位置的點壓成形；重復(fù)上述過程，依次完成點壓位置/到的點壓成形，則周向軌跡Qtl完成，板料從初始位置變到Btl位置；b.重復(fù)上述成形過程，依次完成周向軌跡(V1的沖頂，使板料變形至Bim位置，零件成形完成；該成形工具沿成形軌跡隔點成形的具體過程是a.判斷周向軌跡Qn上壓點位置總數(shù)Mn的奇偶(m=0，I，…，Mn-I )，奇數(shù)時用M' n=Mn表示，偶數(shù)時用M" n = Mn表示；將零件周向分為4個區(qū)域，分別處于第一、第二、第三、第四象限，有飛'η=(Μ/ η-1)/4，τ" η=Μ" η/4；成形時，成形工具頭4的中心位于戽(2；1')點，使成形工具頭頂點與板料接觸；使工具頭頂壓板料，工具頭的球頭中心到達(dá)點，板料局部變形；工具頭的球頭中心退回戽(U)點，一次頂壓動作完成，點壓位置；處的點壓成形完成；移動成形工具頭，當(dāng)周向軌跡Q0上壓點位置總數(shù)Mtl為奇數(shù)時，工具頭球頭中心到達(dá)/UH，頂壓板料，工具頭球頭退回到所述/^7^)，完成對rf點壓位置的點壓成形；當(dāng)周向軌跡％上壓點位置總數(shù)Mtl為偶數(shù)時，工具頭球頭中心到達(dá)Pet(Tf)點；工具頭球頭退回到所述iurf)點，完成對Γ占壓位置的點壓成形；重復(fù)上述成形過程，依次完成/,點壓位置的點壓成形，#中的上標(biāo)j表示周向軌跡上的第j個壓點位置；b.重復(fù)上述成形過程，依次直到完成周向軌跡(V1的沖頂，使板料變形至Bim位置，零件成形完成；第三步，取下零件；得到錐臺形零件。所述第一步中所述成形軌跡坐標(biāo)系的原點O與成形軌跡的坐標(biāo)原點重合；成形軌跡坐標(biāo)系的z軸與工具頭的中心線平行，并且所述z軸的方向與工具頭下壓的方向一致；所述成形軌跡是指在零件成形過程中工具頭移動的路徑。所述周向軌跡是指在零件成形過程中工具頭在預(yù)成形板料上所作的圓周運動的路徑 ’第O個周向軌跡Qtl的直徑Dtl=DIrsin Θ，其中D為錐臺零件大端的直徑；第η個周向軌跡Qn的直
權(quán)利要求
1.一種板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述錐臺形零件的幾何尺寸包括錐臺大端的直徑D、錐臺的高度H及成形角Θ ;所選用成形工具頭的半徑為r;所述成形角Θ等于90°減去二分之一錐角； 具體步驟是 第一步，根據(jù)零件形狀確定成形軌跡；確定成形軌跡的具體過程是 a.成形軌跡的坐標(biāo)原點為與成形工具頭相鄰的預(yù)成形板料的表面的幾何中心；建立成形軌跡的坐標(biāo)系； b.確定成形工具頭下壓參數(shù)；所述的成形工具頭下壓參數(shù)包括成形工具頭下壓的高度e、第η個周向軌跡Qn與第η+1個周向軌跡Qn+1之間的軸向間距Δ hn、第η個周向軌跡Qn與第η + I個周向軌跡Qn+1之間的徑向間距Λ Rn,以及第O個周向軌跡Qtl與第N-I個周向軌跡Qjm之間的軸向距離Hci ;所述的
2.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐2臺形零件的方法，其特征在于，第一步中所述成形軌跡坐標(biāo)系的原點O與成形軌跡的坐標(biāo)原點重合；成形軌跡坐標(biāo)系的z軸與工具頭的中心線平行，并且所述z軸的方向與工具頭下壓的方向一致；所述成形軌跡是指在零件成形過程中工具頭移動的路徑。
3.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述周向軌跡是指在零件成形過程中工具頭在預(yù)成形板料上所作的圓周運動的路徑；第O個周向軌跡Q0的直徑Dtl=DIrsin Θ，其中D為錐臺零件大端的直徑； n—\ 第η個周向軌跡Qn的直彳丫 G = IX，其中Dtl為第O個周向軌跡Qtl的直徑； /=0 所述第O個周向軌跡Qtl的中心Ctl位于所成形錐臺形零件的中心線上；(；的坐標(biāo)為(0，O,-r);所述各周向軌跡Qn的中心Cn均位于所成形錐臺形零件的中心線上；Qn的中心Cn的 / -ιΛ坐標(biāo)為，其中n=l，2，…，N_l，r為成形工具頭的半徑。
V1=0J
4.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述周向接觸的長度<為成形工具頭在第η個周向軌跡Qn上第m個壓點位置壓下后成形工具頭與預(yù)成形板料的周向接觸長度；周向接觸長度<以成形工具頭頂點為界分為和<；兩部分，a: 0
5.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述徑向接觸的長度C為成形工具頭在第η個周向軌跡Qn上第m個壓點位置壓下后成形工具頭與預(yù)成形板料的徑向接觸長度；徑向接觸長度K以成形工具頭頂點為界分為％和<2兩部分，K =b
6.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，影響工具頭與板料接觸區(qū)域的剛度區(qū)為扇形，工具頭位于戽( )點，在z軸投影方向，與第η個周向軌跡.9 相切于戽(O點的直線在第n-Ι個周向軌跡Qlri內(nèi)的長度為C C-巧分別表示戽(C)點兩側(cè)線段的長度；所述巧0Γ)為成形工具頭在第η個周向軌跡Qn上第m個點壓位置處的起始點。
7.如權(quán)利要求ι所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述間距4/7等于成形工具頭與板料的周向接觸長度< Af:= <;所述中心角α,Γ=4/Γ/凡=</凡；所述夾角漢*的取值分兩種情況當(dāng)下標(biāo)η為偶數(shù)時,戍° = O ;當(dāng)下標(biāo)η為奇數(shù)時,允=OfU /2，其中Ct1為第n-Ι個周向軌跡Qlri上第O個壓點位置到第I個壓點位置H1的間距Δ/^所對應(yīng)的中心角。
8.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述第η個周向軌跡1上各中心角相等，of =4 =…= f";使0^ =al = (Xin=…=a ，先給出α n的近似值< =a / R11 = 4rAh I SRn = IrMin / RnRll-R，則= 2πΙαη，將 Mn取整，再計算 α η 的準(zhǔn)確值a n=2 /Mn,則第η個周向軌跡Qn上各中心角為< =;其中m=0，I，…，Mn-I，η=1，.2 ... j N-1 ο
9.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述起始點巧(C)的坐標(biāo)
10.如權(quán)利要求I所述板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，其特征在于，所述成形工具沿成形軌跡隔點成形時，當(dāng)Mn為奇數(shù)時，j依次為(O, I ' η,2τ 1 η,3τ 1 η, 4 τ ' η ；.1，1+τ' η, 1+2 τ ' η, 1+3 τ ' η ；. . . ；τ ' η~1,2 τ ' η-1,3 τ ' η~1,4 τ ' η_1) , Mn 為偶數(shù)時，j 依次為(O, τ " η，2 τ " η，3 τ " η ；1, 1+ τ ;/ η, 1+2 τ " η，1+3 τ " η ；. . . ； τ " η_1，.2τ" η_1，3τ" η_1，4τ" η_1);周向軌跡Qtl完成，板料從初始位置變到Btl位置。
全文摘要
一種板料點壓漸進(jìn)成形錐臺形零件的方法，成形工具頭對板料逐點頂壓而成形零件，板料在受一次頂壓動作后，成形工具頭周圍的板料產(chǎn)生局部變形，主要變形方向與成形工具頭頂壓方向相同，這個方向的變形是成形零件需要的；同時局部的變形還包括沿零件周向的變形，周向變形在成形工具兩側(cè)等量反向，這個變形是零件成形不需要的，但是由于同時產(chǎn)生等量反向的變形，且相鄰的局部變形區(qū)域之間的周向變形會相互抑制，不會向同一個方向疊加，成形后的零件就不會產(chǎn)生周向的扭曲變形。與連續(xù)軌跡漸進(jìn)成形的零件相比較，本發(fā)明能夠消除板料因周向變形而導(dǎo)致的零件扭曲變形，提高零件整體成形質(zhì)量。
文檔編號B21D31/00GK102825130SQ20121033900
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者肖旭東, 王永軍, 魏生民, 張紀(jì)春, 元振毅 申請人:西北工業(yè)大學(xué)