一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，屬于金屬板料成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬板料漸進(jìn)成形技術(shù)一種適用于單件、小批量鈑金產(chǎn)品的柔性制造技術(shù)。該技術(shù)借助“分層制造”的思想，采用成形工具頭在數(shù)控系統(tǒng)的控制下做等高線運(yùn)動(dòng)，將板料逐層成形。該成形方法省去了高昂的模具制造費(fèi)用，使鈑金產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和定制化。
[0003]拼焊板目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域。拼焊板的主要優(yōu)點(diǎn):可以同時(shí)兼顧鈑金零件的強(qiáng)度和重量，由于拼焊板焊縫兩側(cè)的板料厚度不一致，因此可根據(jù)使用要求將厚板用在對(duì)強(qiáng)度要求較高的一側(cè)。這樣，對(duì)于整個(gè)零件來(lái)說(shuō)，厚板一側(cè)可以保證零件具有足夠的強(qiáng)度，而薄板一側(cè)則降低了零件的重量。
[0004]目前，關(guān)于拼焊板漸進(jìn)成形的研究較少，研究結(jié)果表明，影響焊縫成形質(zhì)量的因素有以下兩點(diǎn):焊縫方向同第一主應(yīng)變方向的夾角和焊縫的變形。若夾角和變形過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致焊縫的破裂。因此，提出一種測(cè)定拼焊板在漸進(jìn)成形中成形極限的測(cè)試方法，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免這兩個(gè)因素超過(guò)極限值，避免在成形過(guò)程中造成材料和工時(shí)的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，包括如下步驟:
步驟一:在CAD/CAM軟件中建立多個(gè)零件模型，所述零件模型設(shè)置為不同成形角度的圓錐形零件模型，所述成形角度設(shè)置為Θ，并依據(jù)圓錐形零件模型生成數(shù)控代碼；
步驟二:在漸進(jìn)成形機(jī)床上安置板料，對(duì)于不同成形角度的圓錐形零件，焊縫距離圓錐形零件中線設(shè)置不同偏移量；
步驟三:啟動(dòng)機(jī)床成形圓錐形零件，當(dāng)焊縫破裂時(shí)停止加工；每個(gè)圓錐形零件，至少成形三次；
步驟四:測(cè)量焊縫破裂點(diǎn)深度h，并在CAD模型中讀取焊縫破裂點(diǎn)切線方向與第一主應(yīng)變方向的夾角Φ，所述第一主應(yīng)變方向設(shè)置為圓錐形零件母線方向；
步驟五:匯總θ、φ試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到Φ - Θ曲線；
步驟六:實(shí)際加工時(shí)，對(duì)比零件模型焊縫中一點(diǎn)的θ、φ值，如出現(xiàn)在所繪Φ-Θ曲線下方時(shí)，表示該點(diǎn)在成形過(guò)程中安全，反之則會(huì)破裂。
[0007]所述圓錐形零件模型頂部直徑設(shè)置為110mm，所述不同成形角Θ分別設(shè)置為50°或 55° 或 60°。
[0008]所述焊縫距離中線不同偏移量分別設(shè)置為30mm或28mm或25mm。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述零件模型設(shè)置為復(fù)雜零件模型，所述復(fù)雜零件模型的焊縫沿Z軸方向的投影為曲線，復(fù)雜零件型面為復(fù)雜曲面；則θ、φ獲取步驟如下:
步驟一:在CAD軟件中導(dǎo)入復(fù)雜零件模型，依據(jù)漸進(jìn)形剪切變形的基本原理，成形后焊縫形狀為初始形狀沿Z軸方向在模型側(cè)壁上的投影；然后在焊縫上選取多個(gè)取樣點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)取樣點(diǎn)，做過(guò)取樣點(diǎn)的水平面、模型的交線，然后將交線投影到取樣點(diǎn)的切平面上，在切平面上過(guò)取樣點(diǎn)做交線投影線的垂線，得到第一主應(yīng)變方向，第一主應(yīng)變方向與取樣點(diǎn)處焊縫切線的夾角即為Φ角；
步驟二:取樣點(diǎn)處法線方向同Z軸夾角即為Θ角；
步驟三:取不同取樣點(diǎn)，分別得到θ、φ的值，繪制Φ-Θ曲線。
[0010]有益效果:本發(fā)明提供的一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，操作步驟簡(jiǎn)便；僅僅需要進(jìn)行少量板料的成形就可以得到繪制曲線所需要的數(shù)據(jù)；本設(shè)計(jì)得到的破裂成形Φ-Θ圖可以為拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中的成形極限測(cè)定提供依據(jù)，填補(bǔ)了以往研究工作的空白。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的金屬板料俯視圖；
圖2為本發(fā)明的金屬板料漸進(jìn)成形加工示意圖；
圖3為本發(fā)明的焊縫破裂點(diǎn)與第一主應(yīng)變方向夾角示意圖；
圖4為本發(fā)明的Φ _ Θ曲線不意圖；
圖5為本發(fā)明的復(fù)雜零件模型Φ角判定示意圖；
圖6為本發(fā)明的復(fù)雜零件模型成形后焊縫、初始焊縫沿Z軸方向投影關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]—種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法主要包含試驗(yàn)和數(shù)據(jù)讀取兩部分工作。
[0014]具體包括如下步驟:
步驟一:在三維造型軟件中構(gòu)建成形需要的幾何模型，如不同成形角度Θ的圓錐形零件；
步驟二:如圖1、2所示，把夾具底座I安裝在漸進(jìn)成形機(jī)床工作臺(tái)上，然后將支撐板2、壓板3依次放置，在支撐板2上劃線，確定焊縫6偏移量I，在支撐板2和壓板3中間放置板料4，放置時(shí)，焊縫6需對(duì)準(zhǔn)支撐板2上的劃線。用緊固螺栓把支撐板2和壓板3固定在夾具底座I上。用成形工具頭5觸碰壓板3的內(nèi)邊緣和板料4的上表面，建立成形坐標(biāo)系；步驟三:生成第一步中所有模型的數(shù)控加工代碼，并導(dǎo)入漸進(jìn)成形機(jī)床；
步驟四:通過(guò)工具頭5對(duì)板料4進(jìn)行漸進(jìn)成形，焊縫6破裂后測(cè)量焊縫破裂點(diǎn)深度h ;步驟五:依據(jù)漸進(jìn)形剪切變形的基本原理，成形后焊縫6形狀為其初始焊縫形狀沿Z軸方向在模型側(cè)壁上的投影；如圖3所示，在CAD模型中測(cè)量焊縫破裂點(diǎn)切線8方向同第一主應(yīng)變方向7 (模型母線方向)的夾角Φ ； 步驟六:匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖4所示，繪制Φ-Θ曲線。
[0015]如圖5所示，如果加工復(fù)雜零件模型，焊縫6沿Z軸方向的投影為曲線，零件型面為復(fù)雜曲面時(shí)，θ、φ獲取步驟如下:
步驟一:在CAD軟件中導(dǎo)入復(fù)雜零件模型，依據(jù)漸進(jìn)形剪切變形的基本原理，如圖6所示，成形后焊縫6形狀為其初始形狀沿Z軸方向在模型側(cè)壁上的投影；然后在焊縫6上選取若干取樣點(diǎn)，對(duì)于某一取樣點(diǎn)，做過(guò)取樣點(diǎn)的水平面9與模型的交線10，然后將交線10投影到取樣點(diǎn)的切平面上，在切平面上過(guò)取樣點(diǎn)做交線10投影線的垂線11，垂線11方向即為第一主應(yīng)變方向，第一主應(yīng)變方向與取樣點(diǎn)處焊縫切線12的夾角即為Φ角；
步驟二:取樣點(diǎn)處法線方向同Z軸夾角即為Θ角；
步驟三:取不同取樣點(diǎn)，分別得到θ、φ的值，繪制Φ-Θ曲線。
[0016]實(shí)際使用時(shí)，但所要加工模型中焊縫中某點(diǎn)的θ、φ值，出現(xiàn)在所繪φ- Θ曲線下方時(shí)，表示該點(diǎn)在成形過(guò)程中安全，反之則會(huì)破裂。
[0017]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:在CAD/CAM軟件中建立多個(gè)零件模型，所述零件模型設(shè)置為不同成形角度的圓錐形零件模型，所述成形角度設(shè)置為Θ，并依據(jù)圓錐形零件模型生成數(shù)控代碼； 步驟二:在漸進(jìn)成形機(jī)床上安置板料，對(duì)于不同成形角度的圓錐形零件，焊縫距離圓錐形零件中線設(shè)置不同偏移量； 步驟三:啟動(dòng)機(jī)床成形圓錐形零件，當(dāng)焊縫破裂時(shí)停止加工；每個(gè)圓錐形零件，至少成形三次； 步驟四:測(cè)量焊縫破裂點(diǎn)深度h，并在CAD模型中讀取焊縫破裂點(diǎn)切線方向與第一主應(yīng)變方向的夾角Φ，所述第一主應(yīng)變方向設(shè)置為圓錐形零件母線方向； 步驟五:匯總θ、φ試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到Φ - Θ曲線； 步驟六:實(shí)際加工時(shí)，對(duì)比零件模型焊縫中一點(diǎn)的θ、φ值，如出現(xiàn)在所繪Φ-Θ曲線下方時(shí)，表示該點(diǎn)在成形過(guò)程中安全，反之則會(huì)破裂。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，其特征在于:所述圓錐形零件模型頂部直徑設(shè)置為110mm，所述不同成形角Θ分別設(shè)置為50°或 55° 或 60°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，其特征在于:所述焊縫距離中線不同偏移量分別設(shè)置為30mm或28mm或25mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，其特征在于:所述零件模型設(shè)置為復(fù)雜零件模型，所述復(fù)雜零件模型的焊縫沿Z軸方向的投影為曲線，復(fù)雜零件型面為復(fù)雜曲面；則θ、φ獲取步驟如下: 步驟一:在CAD軟件中導(dǎo)入復(fù)雜零件模型，依據(jù)漸進(jìn)形剪切變形的基本原理，成形后焊縫形狀為初始形狀沿Z軸方向在模型側(cè)壁上的投影；然后在焊縫上選取多個(gè)取樣點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)取樣點(diǎn)，做過(guò)取樣點(diǎn)的水平面、模型的交線，然后將交線投影到取樣點(diǎn)的切平面上，在切平面上過(guò)取樣點(diǎn)做交線投影線的垂線，得到第一主應(yīng)變方向，第一主應(yīng)變方向與取樣點(diǎn)處焊縫切線的夾角即為Φ角； 步驟二:取樣點(diǎn)處法線方向同Z軸夾角即為Θ角； 步驟三:取不同取樣點(diǎn)，分別得到θ、φ的值，繪制Φ-Θ曲線。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，在三維造型軟件中構(gòu)建成形所需的零件模型，并生成數(shù)控代碼；將拼焊板料安裝在夾具支撐板與壓板之間，通過(guò)在支撐板上劃線確定焊縫偏移位置；使用工具頭對(duì)板料進(jìn)行成形，當(dāng)焊縫出現(xiàn)破裂時(shí)停止加工，并測(cè)量破裂位置的深度；依據(jù)破裂深度，在模型上讀取破裂位置處焊縫切線同第一主應(yīng)變位置的夾角，繪制該夾角同成形角度的關(guān)系曲線。本發(fā)明提供的一種拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中成形極限測(cè)試方法，操作步驟簡(jiǎn)便；僅僅需要進(jìn)行少量板料的成形就可以得到繪制曲線所需要的數(shù)據(jù)；本設(shè)計(jì)得到的破裂成形φ-θ圖可以為拼焊板在金屬板料漸進(jìn)成形中的成形極限測(cè)定提供依據(jù)。
【IPC分類(lèi)】G01N3/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105136589
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510502011
【發(fā)明人】史曉帆, 查光成, 吳夢(mèng)陵, 陸傳凱
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月14日