基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，屬于金屬塑性加工領(lǐng)域。板料在拉形過程中的不均勻變形是造成各種缺陷的主要原因，本發(fā)明基于離散式模具，通過模具型面的變化來控制曲面的成形過程。在成形過程中，板料始終與模具型面保持完全貼合，模具型面的連續(xù)、均勻變化使板料變形趨于均勻，避免成形缺陷，獲得高質(zhì)量的拉伸成形曲面零件。離散式模具由規(guī)則排列的基本體單元組成，通過改變各基本體的高度，實現(xiàn)對拉形模具型面幾何形狀的實時控制。另外，在拉伸成形過程中，夾鉗夾持板料隨模具型面變化而轉(zhuǎn)動，夾鉗不需要水平及高度方向的運動，因而該成形方法還可以簡化拉形設(shè)備的加載結(jié)構(gòu)。
【專利說明】基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬塑性加工領(lǐng)域，涉及了一種板料成形方法，適用于大型三維曲面 零件的拉伸成形。

【背景技術(shù)】
[0002] 拉伸成形是大型曲面零件的一種重要加工方式。傳統(tǒng)拉形采用型面固定不變的拉 形模具，模具型面的幾何形狀根據(jù)要成形的曲面零件設(shè)計。在成形過程中，拉形模具兩側(cè)的 夾鉗夾持板料兩端，通過夾鉗的運動，使板料與模具逐漸接觸，最后完全與模具貼合形成曲 面零件。采用傳統(tǒng)的固定型面模具拉形容易造成變形不均，引起破裂、起皺以及滑移線、粗 晶等缺陷，這些問題在鋁合金、鈦合金等變形量可控制范圍很小的材料成形時尤為突出。另 夕卜，傳統(tǒng)的拉形還存在貼模困難問題，為保證貼模，板料必須留有足夠長度的懸空段，導(dǎo)致 成形后形成較大的工藝廢料。為改善變形分布、改善板料的貼模狀態(tài)，人們在夾鉗運動軌跡 優(yōu)化設(shè)計方面進(jìn)行了不少研宄工作，但這些問題很難徹底解決。
[0003] 采用變型面模具進(jìn)行三維曲面拉伸成形，使板料在成形過程中始終與模具型面保 持完全貼合，可以實現(xiàn)變形均勻化，并可解決貼模不良的問題，避免缺陷產(chǎn)生，提高曲面零 件的拉伸成形質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為：針對傳統(tǒng)的固定型面模具拉形易出現(xiàn)不均勻變形，從而造成成 形零件上各種缺陷的問題，本發(fā)明將提供一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形 方法，通過模具型面的變化控制曲面的成形過程，在成形過程中，板料始終與模具型面完全 貼合，使板料的變形趨于均勻，從而避免各種成形缺陷產(chǎn)生，獲得高質(zhì)量拉伸成形曲面零 件。
[0005] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0006] -種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，以型面可變的離散式模具 2及夾鉗3作為成形工具，其特征在于：該方法通過模具型面1的曲面形狀隨著離散式模具 2的連續(xù)變化以及夾鉗3的隨形轉(zhuǎn)動，使夾鉗3夾持的板料4在保持與模具型面1完全貼合 的同時，逐漸拉伸變形，最后形成三維曲面零件5 ;
[0007] 所述離散式模具2由規(guī)則排列的m行n列個基本體單元6組成。在板料4拉伸成 形過程中，模具型面1的變化由各基本體的相對高度變化來控制，離散式模具2的運動包括 離散式模具2整體的升降以及離散式模具2中各基本體單元6之間高度方向的相對運動；
[0008] 所述夾鉗3夾持板料4,在拉伸成形過程中，隨模具型面1邊緣的切向變化而轉(zhuǎn)動， 但不發(fā)生水平及高度方向的位置移動；
[0009] 所述離散式模具2的運動與夾鉗3的轉(zhuǎn)動保證板料4在成形過程中始終與模具型 面1完全貼合，使變形趨于均勻，獲得高質(zhì)量的拉伸成形曲面零件5 ;
[0010] 該方法的控制成形過程的具體步驟如下：
[0011]a.離散式模具2的初始型面調(diào)整成平面，夾鉗3夾持板料4,與模具的初始平面貼 合；
[0012]b.根據(jù)成形曲面的形狀，基于各基本體單元6勻速上升及夾鉗3均勻轉(zhuǎn)動的原則， 確定在成形過程t時刻各基本體的高度方向位移w及夾鉗的最大轉(zhuǎn)角0 max以及離散式模 具2整體高度方向的移動量d;
[0013] c.根據(jù)所需要的基本體單元6的高度方向位移w及離散式模具2的整體位移d隨 時間的變化歷程，控制離散式模具2及各基本體單元6的上下運動，進(jìn)行三維曲面的拉伸成 形。
[0014] 其中，步驟c中確定離散式模具的各基本體單元6在成形過程t時刻z方向位移 及離散式模具2整體z方向位移的具體過程為：
[0015] A.提取第i行第j列的基本體單元6中心的坐標(biāo)Xij及yij(i= 1，2,…，m;j= 1，2,…，n;其中m是基本體單元6的行數(shù)，n是基本體單元6的列數(shù)）；確定離散式模具2 兩端邊緣處曲面的最大切向傾角0 _，并確定三維曲面零件5的曲面參數(shù)方程：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，以離散式模具（2)及夾鉗 (3)作為成形工具，其特征在于：該方法通過模具型面（1)的曲面形狀隨著離散式模具（2) 的連續(xù)變化以及夾鉗（3)的隨形轉(zhuǎn)動而變化，使夾鉗（3)夾持的板料（4)在保持與模具型 面（1)完全貼合的同時，逐漸拉伸變形，最終形成三維曲面零件（5); 所述離散式模具（2)由規(guī)則排列的m行η列個基本體單元（6)組成，在板料（4)拉伸 成形過程中，模具型面（1)的變化由各基本體的相對高度變化來控制，離散式模具（2)的運 動包括離散式模具（2)整體的升降以及離散式模具（2)中各基本體單元（6)之間高度方向 的相對運動； 所述夾鉗（3)夾持板料（4)，在拉伸成形過程中，隨模具型面（1)邊緣的切向變化而轉(zhuǎn) 動，但不發(fā)生水平及高度方向的位置移動； 所述離散式模具（2)的運動與夾鉗（3)的轉(zhuǎn)動保證板料（4)在成形過程中始終與模具 型面（1)完全貼合，使變形趨于均勻，獲得高質(zhì)量的拉伸成形曲面零件（5)。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，該方法的 控制成形過程的具體步驟如下： a. 離散式模具（2)的初始型面調(diào)整成平面，夾鉗（3)夾持板料（4)，與模具的初始平面 貼合； b. 根據(jù)成形曲面的形狀，基于各基本體單元（6)勻速上升及夾鉗（3)均勻轉(zhuǎn)動的原則， 確定在成形過程t時刻各基本體的高度方向位移w及夾鉗的最大轉(zhuǎn)角Θ_以及離散式模 具（2)整體高度方向的移動量d; c. 根據(jù)所需要的基本體單元（6)的高度方向位移w及離散式模具（2)的整體位移d隨 時間的變化歷程，控制離散式模具（2)及各基本體單元（6)的上下運動，進(jìn)行三維曲面的拉 伸成形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于變型面模具的曲面拉伸成形方法，其特征在于，步驟c 中確定離散式模具的各基本體單元（6)在成形過程t時刻高度方向方向位移及離散式模具 (2)整體高度方向方向位移的具體過程為： A. 提取第i行第j列的基本體單元（6)中心的坐標(biāo)Xij及yij(i= 1，2,…，m;j= 1，2,…，η;其中m是基本體單元（6)的總行數(shù)，η是基本體單元（6)的總列數(shù)）；確定離散 式模具（2)兩端邊緣處曲面的最大切向傾角θ_，并確定三維曲面零件（5)的曲面參數(shù)方 程：
其中X、y為水平方向的坐標(biāo)，ζ為高度方向坐標(biāo)；u，V為三維曲面零件（5)的參數(shù)坐 標(biāo)； B. 求解方程（II)，計算第i行第j列的基本體單元（6)與三維曲面零件（5)的接觸點 的參數(shù)坐標(biāo)七和Vj
其中x(Ui,Vj)，y(Ui,Vj)由成形曲面方程⑴給出，r為基本體單元（6)的球頭半徑，h為板料⑷厚度，H為彈性墊（7)的厚度，nx(Ui，Vp和\(1^，')為三維曲面零件（5)的單 位外法向分量，由下式計算
其中P(Ui，Vj)由成形曲面方程⑴給出； C. 利用方程（IV)計算第i行第j列的基本體成形結(jié)束時的最終高度
其中Z(UiJj)由曲面參數(shù)方程⑴給出，曲面的單位外法向分量Ilz(UiJj)由方程 (III)給出； D. 利用方程（V)計算離散式模具（2)的第i行第j列的基本體單元（6)在t時刻的z 方向位移
其中Zniin為方程（IV)計算出的基本體單元（6)最終高度中的最小值，T為拉伸成形需 要的總時間； 利用方程（VI)計算離散模具（2)在t時刻的z方向的整體位移 in = -(VI) T 其中1為模具邊緣到夾鉗的距離，Θ_為模具兩端邊緣處曲面的最大切向傾角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3所述一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，其特 征在于，所述的基本體單元￠)由單元體（8)、基本體調(diào)整桿（9)以及基本體控制單元（10) 組成，所述基本體控制單元（10)包括調(diào)形電機(jī)、減速器和編碼器，基本體單元（6)的高度由 基本體控制單元（10)實時控制；規(guī)則排列的m行η列基本體單元由固定板與底座（11)固 定構(gòu)成型面可變的離散式模具（2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3所述一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，其特 征在于，在離散式模具（2)與板料（4)之間使用彈性墊（7)，以避免在成形的曲面零件上出 現(xiàn)壓痕。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3所述一種基于變型面離散式模具的三維曲面拉伸成形方法，其特 征在于，所述彈性墊（7)可采用聚氨酯板或橡膠板。
【文檔編號】B21D22/22GK104438538SQ201410612817
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】蔡中義, 車朝杰, 李湘吉, 劉純國, 彭鯤 申請人:吉林大學(xué)