金属板料数控渐进成形机理及工艺的研究

【摘要】：传统的板料零件通常通过模具的凸、凹模作用获得所需形状。因为制造模具的成 本很高,这种制造方法仅仅适合于大批量生产。为了满足用户产品多样化的要求,需 要开发适合于小批量产品生产的新工艺。在过去几年开发的多种方法中,应用简单工 具的板料数控渐进成形工艺的研究受到极大的关注。 板料数控渐进成形工艺不需要专用的模具,是一种柔性的成形工艺,它根据板料 零件的成形要求设计数控程序,然后通过数控机床的进给系统,成形工具按照一定的 轨迹逐步地成形板料,直到得到需要的零件。可以通过修改产品的数字模型来调节成 形工具的成形运动轨迹,达到改变成形零件的形状的目的。因此,它的成形周期短, 产品更新快。这种工艺非常适合于小批量、多品种和复杂的板料产品。 本文研究了金属板料数控渐进成形工艺的成形机理。通过对成形机理的实验研 究,掌握金属板料数控渐进成形的变形规律,并且详细地分析了变形过程中应力、应 变以及变形力的情况,得出了求解公式。通过网格实验和金相组织分析等方法验证了 数控渐进成形过程主要是剪切变形过程。 实验表明,影响数控渐进成形过程的主要工艺参数有:工具头球半径 r、成形半 锥角α、减薄率、进给量、芯模和工具头之间的间隙、工具头进给速度和摩擦等等。 本文作者全面分析了各种工艺参数的影响,以及这些工艺参数的选择与优化组合,研 究表明,这是保证数控渐进成形成功的重要条件。成形机理的研究为指导数控渐进成 形工艺用于实际生产提供了有力的理论依据。 由于金属板料数控渐进成形工艺的变形是剪切变形,故其板料变形区厚度 t 、板 料初始厚度 t0及半锥角α等三者的关系符合正弦定律,即 t = t0 sinα 。根据正弦定律, α接近于零时,板料成形部分的厚度接近于零。因此,难以一次成形直壁件。 为了成形直壁件,作者采用多次成形逐次逼近的方法,渐渐地由锥形件加工成直 壁件,即,首先,工具头通过斜路径把板料成形为锥形件,然后,通过多次工具头的 倾斜角路径,使锥形面逐次逼近直面,最终成形直壁件。 I WP=5 这种渐进成形过程中通常会出现破裂、起皱和回弹等缺陷,严重影响成形零件的 质量。作者针对各种缺陷产生的原因,采取了不同的处理措施,取得了较好的效果。 根据上述研究成果,本文作者提出了一种板料数控渐进成形工艺方案,并做了一 些覆盖件和直壁件的加工实验,得到了理想的结果。