一種採用離散式位移加載方式成形三維曲面的方法

2023-06-17 22:41:51

一種採用離散式位移加載方式成形三維曲面的方法
【專利摘要】本發明涉及一種採用離散式位移加載方式成形三維曲面的方法，屬於金屬塑性加工領域。不均勻變形是造成三維曲面成形中各種缺陷的主要原因，本發明採用離散式位移加載的方式控制成形過程，位移載荷通過加載控制單元施加於板料兩端的一系列離散點上，各加載點位移載荷的大小及方向均實時變化。本發明提供了根據成形件的目標曲面確定各離散加載點水平方向及垂直方向位移的方法，通過對各離散點位移的實時控制，可以實現拉伸成形過程中材料變形的均勻化，避免缺陷產生涉及，實現大變形量的曲面零件成形，並可改善板料的貼模過程，節省工藝餘料。
【專利說明】一種採用離散式位移加載方式成形三維曲面的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於金屬塑性加工領域，涉及了一種板料成形方法，適用於大型三維曲面零件的拉伸成形。
【背景技術】
[0002]拉伸成形是大型曲面蒙皮件的主要加工方式。傳統的板料拉形採用整體夾鉗，拉形過程中鉗口作為一個剛性整體同步運動，鉗口夾持的板料端始終保持為固定的形狀，導致板料在橫向不隨模具型面主動變形，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範圍很小的材料成形時尤為突出。另外，整體加載模式還導致貼模困難，為保證貼模，板料必須留有足夠長度的懸空段，導致成形後形成較大的工藝廢料。儘管人們在夾鉗運動軌跡優化設計方面進行了不少研究工作，但傳統拉形中的變形不均、貼模不良等問題很難徹底解決。採用離散式位移加載的曲面拉伸成形方法可以實現變形均勻化，避免成形缺陷產生，實現大變形量的曲面零件成形。同時，解決貼模不良問題，減少工藝餘料，顯著節省材料。
[0003]可見，開發一種採用離散式位移加載方式進行曲面拉伸成形的方法十分必要。

【發明內容】

[0004]不均勻變形是造成大型三維曲面拉伸成形中各種缺陷的主要原因，本發明的目的是提供一種拉伸成形的方法，通過離散式位移加載方式控制成形過程，使變形的不均勻程度達到最小，從而避免各種成形缺陷產生，解決傳統拉形方法的變形不均、貼模不良、工藝廢料多等問題，獲得高質量的曲面零件。位移載荷通過兩排加載控制單元施加在位於板料兩端的一系列離散點上，根據目標成形曲面上材料的變形量及轉動量來確定各加載點載荷的大小、方向及其隨時間的變化歷程，使板料各縱向纖維在成形過程中始終保持均勻伸長並均勻轉動，最終實現變形的均勻化。
[0005]為解決上述技術問題，本發明是採用如下技術方案實現的，結合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0006]一種基於離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法，通過拉形模具I的左、右兩側對稱布置的兩排加載控制單元2，對金屬板料兩端逐點施加可控的分布位移載荷，使板料以不均勻程度最小的變形方式與模具I逐漸貼合，獲得高質量拉伸成形曲面零件3，其特徵在於:
[0007]I)板料拉伸成形過程通過模具兩側的加載控制單元來實現，加載控制單元沿橫向均勻分布，一個加載控制單元控制板料端部一個加載點的運動；板料的變形由位於其左、右端部的一系列離散加載點7、8的位移來控制,各加載點沿水平方向-X方向及垂直方向-Z方向的位移由成形曲面的縱向伸長量及轉角來確定。
[0008]2)加載控制單元由油缸4、油缸5及夾料鉗6組成，油缸通過電液伺服閥及電氣、液壓系統進行精確控制；板料端部的各加載點在Xz平面內的運動通過加載控制單元2的夾料鉗6來實現，夾料鉗的運動由油缸4和油缸5的行程來控制。[0009]3)所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法控制拉形過程的具體步驟如下:
[0010]第一步、將板料10橫向彎曲成與模具型面接觸的柱面；
[0011]第二步、根據成形曲面的形狀，基於縱向纖維均勻伸長及均勻轉動的原則，確定位於板料左、 右端部的各加載點在成形過程t時刻所需要的X方向位移U及z方向位移w ；
[0012]第三步、根據所需要的位移U及位移w隨時間的變化歷程，確定各加載單元的油缸4和油缸5的行程dA和dB隨時間的變化歷程，控制各加載單元的夾料鉗6的運動，進行三維曲面的拉伸成形。
[0013]所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法控制拉形過程的步驟中，確定加載點X方向位移及Z方向位移的具體過程為:
[0014]第一步、提取出第k對加載控制單元對應的模具型面的縱向截面輪廓線(8)，確定其參數方程為:
[0015]
【權利要求】
1.一種基於離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法，通過拉形模具(I)的左、右兩側對稱布置的兩排加載控制單元(2)，對金屬板料兩端逐點施加可控的分布位移載荷，使板料以不均勻程度最小的變形方式與模具(I)逐漸貼合，獲得高質量拉伸成形曲面零件(3)，其特徵在於: 1)板料拉伸成形過程通過模具兩側的加載控制單元來實現，加載控制單元沿橫向均勻分布，一個加載控制單元控制板料端部一個加載點的運動，板料的變形由位於其左、右端部的一系列離散加載點(7)、(8)的位移來控制,各加載點沿水平方向-X方向及垂直方向-Z方向的位移由成形曲面的縱向伸長量及轉角來確定； 2)加載控制單元由油缸(4)、油缸(5)及夾料鉗(6)組成，油缸通過電液伺服閥及電氣、液壓系統進行精確控制，板料端部的各加載點在Xz平面內的運動通過加載控制單元(2)的夾料鉗(6)來實現，夾料鉗的運動由油缸(4)和油缸(5)的行程來控制； 3)所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法控制拉形過程的具體步驟如下: 第一步、將板料(10)橫向彎曲成與模具型面接觸的柱面； 第二步、根據成形曲面的形狀，基於縱向纖維均勻伸長及均勻轉動的原則，確定位於板料左、右端部的各加載點在成形過程t時刻所需要的X方向位移u及z方向位移w ； 第三步、根據所需要的位移u及位移w隨時間的變化歷程，確定各加載單元的油缸(4)和油缸(5)的行程4和dB隨時間的變化歷程，控制各加載單元的夾料鉗(6)的運動，進行三維曲面的拉伸成形。
2.按照權利要求1所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法，其特徵在於，所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法控制拉形過程的步驟中，確定加載點X方向位移及z方向位移的具體過程為: 第一步、提取出第k對加載控制單元對應的模具型面的縱向截面輪廓線(8)，確定其參數方程為:
3.按照權利要求1所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法，其特徵在於，所述的離散式位移加載的三維曲面拉伸成形方法控制拉形過程的步驟中，第k對加載控制單元的油缸(4)和油缸(5)在t時刻的行程由下式確定:
【文檔編號】B21D22/26GK103722070SQ201410029871
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】蔡中義, 楊振, 劉純國, 李湘吉, 李明哲 申請人:吉林大學