金属板材数控渐进分区分阶段成形研究

为解决现有金属板材数控渐进反向成形中板材件深度过大、挤压工具长度不足、支撑坯料的厚度不够以及挤压工具与工件干涉等问题,提出了一种根据板材件深度、挤压工具长度、支撑坯料的厚度以及挤压工具与工件干涉等情况、将待成形件模型和支撑模分区后分阶段成形的方法。给出了分区分阶段成形工艺方案,利用数字模拟分析了该工艺方案的可行性,并通过分区分阶段成形实验,实际制作了钣金件。研究结果表明,分区分阶段成形方式可应用于钣金件的制作。     

基于数控机床的金属板材无模单点渐进成形研究

针对金属板材无模渐进成形技术存在的设备成本高、支撑不易制作等问题,探讨了利用数控机床实现金属板材无模渐进成形的方法;研究了与此相关的成形夹具设计、支撑制作和成形加工轨迹生成等方法;通过成形加工实验验证了该方法的实用性.     

基于3D打印的数控渐进反向成形组合式支撑

为克服传统的整体式支撑不能重复使用,并且基于数控铣削方式或3D打印方式的整体式支撑制作时间长、材料浪费多的问题,提出一种基于3D打印的数控渐进反向成形组合式支撑制作方法。该组合式支撑对于不同形状板材件的成形只需要更换凹模曲面板而其他部件不需要更换,通过增减支撑壁叠块来调整支撑的高度,以适应不同成形深度的板材件。给出了组合式支撑的结构及工作原理并制作出实际支撑。基于组合式支撑的成形实验结果表明,该组合式支撑具有可应用性。     

数控渐进反向成形支撑凹模STL模型生成与制作

为满足金属板材数控渐进反向成形中支撑凹模制作的需要,提出一种从板材件的CAD模型自动生成并可根据加工要求实现自动调整尺寸大小的支撑凹模STL模型,该模型可以根据已有坯料尺寸、刀具长度等因素自动进行实体分层以及支撑凹模整体制造和分层制造。最后,以具有多个较复杂曲面的STL模型为对象,给出了支撑凹模STL模型生成实例和利用四轴数控雕铣机制作支撑凹模实例。     

基于 ＵＧ 的五轴数控渐进成形轨迹生成研究

针对金属板材五轴数控渐进成形轨迹生成的需求,研究了基于UG的五轴数控渐进成形轨迹生成方法.为使挤压工具能够按照用户所希望的方向挤压板材,给出了五轴数控渐进成形中基于前倾角和侧倾角的挤压工具姿态定义方法.研究了基于等残留高度的五轴不等层间距等高线轨迹生成方法以及交错运动轨迹生成方法,并给出了五轴数控渐进成形加工轨迹应用实例仿真.     

基于冲压与数控渐进成形的复合成形

针对冲压工艺难以成形形状复杂板材件、冲压模具难以制造或加工成本高以及单独采用数控渐进成形加工效率低的问题,提出基于冲压工艺与数控渐进成形工艺相结合的复合成形方法,并给出了基于冲压与数控渐进成形的复合成形的数值模拟方法。采用冲压成形、数控渐进成形和复合成形3种成形方式,以有限元分析软件数值模拟分析同一形状板材件,对比分析数值模拟后的板材件的轮廓尺寸精度与厚度分布。结果可知,采用复合成形得到的板材件轮廓尺寸精度与厚度分布能够满足实际应用,所提出的复合成形方法具有可应用性。     

数控渐进成形板料尺寸自动确定方法研究

在板材数控渐进成形中,为满足节省材料、降低成形加工载荷的要求,提出了基于STL(Sterolithography)模型的数控渐进成形板料尺寸自动确定方法。利用板材件底面边界多边形的最小矩形包围盒确定了板料的长、宽;根据板材件厚度的正弦减薄规律确定了板料的厚度,并生成了板材件厚度分布颜色云图。通过对不同形状的板材件比较分析表明,本方法较传统方法能够节省板料9.4%~23.5%。基于有限元分析的数字模拟结果表明,采用本方法确定的板料尺寸完全可以加工成形出预期的板材件。     

金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化

金属板材数控渐进成形技术,是一种利用快速原型分层制造的思想对金属板材进行逐层挤压而成形金属覆盖件的柔性加工技术。本文介绍了金属板材数控渐进成形技术的过程、原理,同时,主要针对加工过程中发生的破裂、凹陷等缺陷,提出了一种基于NURBS的加工轨迹人机交互修改和优化的方法,解决了复杂曲面零件无法加工的难题,实现了金属板材数控渐进成形加工过程的快速响应。     

基于STL模型的数控渐进成形模型姿态确定

针对数控渐进成形中板材件容易破裂、厚度不均问题,提出了一种基于STL(S Tereo Lithography)模型的数控渐进成形件模型姿态确定方法。在根据各三角面片的成形角大小差异对三角面片进行筛选的基础上,利用成形角和成形件厚度的关系,通过定量计算各个三角面片的成形角之差来确定模型绕X轴和Y轴的旋转角度,并调整待成形件模型姿态,进而确保各三角面片的成形角之差最小,从而实现数控渐进成形中板材件厚度的均匀化。算法应用实例表明,模型姿态调整后板材件厚度分布更加均匀且厚度差明显减小,厚度差减小幅度为0.413 mm。     

数控渐进反向成形中支撑模对成形精度的影响

针对数控渐进成形时是否采用支撑以及采用何种类型支撑的问题,探讨了支撑模的完整性对成形精度的影响。以对称圆台钣金件、非对称钣金件、非对称台阶钣金件3种典型钣金件为研究对象,分别采用全模支撑、半模支撑和无底模支撑3种支撑类型进行成形精度分析。给出了3种支撑建模方法,利用数值模拟分析了3种支撑下的成形情况,并通过成形实验制作了钣金件。研究结果表明,对称规则钣金件采用3种支撑均可;非对称钣金件采用全模支撑可保证成形精度;非对称台阶钣金件采用半模支撑可以达到理想成形效果。     

板料数控渐进成形中变形力的研究

研究了板料数控渐进成形变形力的2种计算方法：按照纯剪切变形的方式计算变形力;按照剪切和弯曲综合变形的方式计算变形力。同时,通过实验测量出渐进成形的实际变形力。通过比较,实验测定的变形力与假定剪切弯曲变形计算的变形力相近,可以认为渐进成形是一种剪切弯曲变形。     

薄钢板成形极限曲线的研究

利用自动测试分析系统(ASAME)测量两种薄钢板的成形极限，得到分布较紧密的成形极限带。同时将试验测量成形极限带与模拟计算的成形极限曲线进行比较，两者相适性较好。     

数控渐进正/反向复合成形中成形顺序对成形质量的影响

对于数控渐进成形中装夹面上下两侧都具有形体特征的复杂钣金件,仅利用单一的数控渐进反向成形或正向成形无法完成其成形。针对此问题,提出了一种基于正向成形与反向成形相结合的数控渐进复合成形方法,并给出了3种复合成形策略即正向成形与反向成形的3种成形顺序:反向-正向成形、正向-反向成形、正向/反向并行成形。同时利用数值模拟和实际成形实验对比分析了上述3种成形顺序对成形质量的影响。研究结果表明,采用正向-反向成形和正向/反向并行成形的成形效果优于反向-正向成形;在3种复合成形方式中,采用正向-反向成形的成形质量与成形效率最高。     

直壁矩形盒渐进成形技术

介绍了金属板料数控渐进成形的原理、板料变形过程及直壁矩形盒成形的工艺规划。根据正弦定律,直壁矩形盒采用数控渐进成形工艺不能一次成形。经设计平行线形工具路径方法,并进行试验和分析,得出影响直壁矩形盒成形的主要参数是成形半锥角。     

基于数控渐进成形技术的翼子板成形工艺

介绍了板料数控渐进成形原理以及翼子板零件渐进成形过程,分析了工艺参数对成形的影响,提出了提高成形质量的方法。影响翼子板成形的主要参数是成形工具球头半径r和进给量h。成形过程中,工具头的球半径r应尽可能大,但考虑干涉问题,一般取较大值5 mm,有利于成形。工具头进给量h应尽可能小,这样有利于提高表面质量,使变形更加均匀,但过小时成形效率太低,因此进给量一般取较小值0.25 mm最好。     

面向数控渐进成形鼓包问题的成形轨迹生成与规划

针对数控渐进成形中鼓包的问题,提出了基于STL(Sterolithography)模型的等高线轮廓扫描、等高线轮廓与底面扫描、各等高层由外向内全扫描和各等高层由内向外全扫描4种挤压工具扫描运动轨迹类型,并给出了基于STL模型顶点偏置算法和多边形边偏置算法的各类型挤压运动轨迹生成方法;同时,采用有限元分析软件对这4种扫描运动轨迹的数控渐进成形效果进行了数字模拟仿真分析。研究结果表明,采用各等高层由内向外全扫描的轨迹进行数控渐进成形时不发生鼓包现象,并且能够减少制件的整体厚度差。     

A new incremental in-plane bending of thin sheet metals for micro machine components by using a tiltable punch

This paper proposes an innovative incremental in-plane bending of thin metal sheets for manufacturing microscopic machine components. The unique feature of the process is that a tiltable punch having a beating face with trapezoidal profile is used. The beating face enables the punch to bend thin metal sheets in in-plane manner. Working conditions, including indentation and feeding pitch, can easily and flexibly control the bending radius and even the bending direction. The in-plane bent thin sheet products are expected to be used as springs, conical cylinders, bushes and other components of micro machines such as medical instruments.     

A new methodology for multi-pass single point incremental forming with mixed toolpaths

A challenge in Multi-Pass Single Point Incremental Forming (MSPIF) has been the geometry control of formed components, especially on the base of the component where multiple stepped features are formed unintentionally. This work attributes the step formation to the rigid body motion during the forming process and develops analytical formulations to predict such motion during each intermediate pass. Based on this model, a new toolpath generation strategy is proposed to achieve a smoother component base by using a combination of in-to-out and out-to-in toolpaths for each intermediate shape.     

Longitudinal and shear strain development in cold roll forming

In this paper we examine strain development during the roll forming process and particularly the relationship between longitudinal and shear strain. It can be shown that theoretically it is possible for there to be no longitudinal strain during roll forming (in which case there would be shear strain) or no shear strain (in which case there would be longitudinal strain). In actual practice the strain will lie between these two extremes and will comprise both shear and longitudinal strain. This is seen to be consistent with experimental results.     

多道次多点成形过程的数值模拟研究

通过有限元数值模拟方法,分析多道成形工艺以及板材厚度对多道次成形的变形路径的影响。结果表明,多道次成形可以提高板材成形能力,抑制起皱等成形缺陷的产生;另外,成形同一工件时,随着板材厚度的增加,多道次成形所需的道次数减少。