一种金属薄板塑性复合胀型成形方法.pdf

本发明公开一种金属薄板塑性复合胀型成形方法，属于金属塑性加工成型技术领域。该成形方法首先利用胀形对金属薄板进行预成形，胀形深度根据成形角的大小进行计算得出，然后将预成形后的金属薄板放置在板料数控渐进成形机床上进行加工成形。该复合成形方法是将数字化板料数控渐进成形与传统球型胀形成形有机结合起来，通过两者的优势互补而达到特殊的成形效果。实验表明，球型胀形和板料数控渐进成形结合的复合成形方法相比其它复合成形的方法，可以有效改善金属薄板塑性成形加工时间过长、以及成形大成形角零件困难等技术问题，尤其是对成形大成形角的零件，本发明成形方法相比其它复合成形方法具有显著的技术优势。

权利要求书
1.  一种金属薄板塑性复合胀型成形方法，其特征在于该成形方法具体步骤如下：
(1)将待成形的金属薄板固定在板料冲压机下，操作板料冲压机使压边圈上升，将金属薄板四周压紧；
(2)根据模型预先对金属薄板球型胀形的深度进行计算，然后在板料冲压机上对金属薄板球型胀形的深度进行设定；所述金属薄板球型胀形的深度根据以下模型设定：

其中：H－球型胀形的深度，单位：cm；
θ－加工件的成形角，角度采用弧度制；
λ－比例系数，取10～12；
(3)根据模型预先对金属薄板球型胀形的直径进行计算，然后在板料冲压机上选择相应直径的冲头；所述金属薄板球型胀形的直径根据下面的模型设定：

其中：D－球型胀形的直径，单位：cm；
H－球型胀形的深度，单位：cm；
θ－加工件的成形角，角度采用弧度制；
K－胀形系数，取10～12。
(4)选择冲头，启动板料冲压机对金属薄板进行胀型预成形，待金属薄板胀形至设定深度，板料冲压机自动停止，得到胀型预成形后的金属薄板。
(5)取下胀型预成形后的金属薄板，将胀型预成形后的金属薄板固定在板料数控渐进成形机床的夹具上，四周压紧；
(6)根据成形制件的参数要求，利用UG软件，首先确定所述板料数控渐进成形机床的坐标系与工作坐标系一致，坐标原点定在有利于准确对刀的位置，绘制出零件成形区域的形状，生成所述板料数控渐进成形机床所能识别的NC代码；
(7)将生成的NC代码导入所述板料数控渐进成形机床，操作所述板料数控渐进成形机床按刀具顶点进行对刀，然后对金属薄板所需成形区域进行加工；待金属薄板加工成所需要的成形制件时，停止所述板料数控渐进成形机床，取下加工成形后的制件，完成金属薄板塑性复合胀型的成形。

说明书一种金属薄板塑性复合胀型成形方法
技术领域：
本发明属于金属塑性加工成型技术领域，具体涉及一种金属薄板塑性复合胀型成形方法。
背景技术：
板料数控渐进成形技术是国际上刚刚兴起的一种柔性加工成形技术，它将快速原型制造技术和塑性成形技术有机结合，是涉及力学、塑性成形技术、数控技术、CAD/CAM等多学科的先进智能化制造技术。该技术显著的优点是作为一种柔性加工技术，无需使用专用模具或仅需要简单的模具，即可以在局部区域内成形出常规成形方法无法成形的复杂曲面形状；同时由于局部成形所需要的成形力小，设备能耗低，近似于静压力、振动小、噪声低，所以属于绿色加工。其三维制造、工艺规划、成形过程模拟、成形过程控制等全部通过计算机完成，CAD/CAM一体化制造，自动化程度高。
板料数控渐进成形技术引入快速原型制造技术中分层制造的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向离散成许多断面层，并生成各断面层上的加工轨迹，成形工具在计算机控制下沿加工轨迹运动，使板料沿成形工具的轨迹包络面逐次成形，即以成形工具的运动轨迹所形成的包络面来代替模具的型面，以对板料进行逐次局部成形代替整体成形，最终将板料成形为目标制件。
板料数控渐进成形工艺与传统板料成形工艺如拉深、胀形相比，其优点是实现了无模成形，不需要模具或仅需要简单的模具，节约了模具制造的费用，降低了生产成本；省去了模具的设计制造时间，从产品设计到制造周期变短，缩短了产品对市场需求的反应时间，易于快速制造；板料数控渐进成形技术采用的是逐点渐进成形，能对板料变形进行逐点控制，依靠变形的积累最终成形，更能充分地利用材料的成形性能成形出变形程度更大的零件。
板料数控渐进成形工艺的缺点是不适合大批量的生产，这主要由于成形过程中加工每一个制件都需要装夹固定板料，此外机床加工成形速度不宜过快，需要将加工成形速度限制在一定的合理范围内。上述因素导致成形制件时间较长，不适合大批量的生产；用于板料数控渐进成形的板料规格有一定的限制，由于现阶段用于成形的机床主轴所能承受的成形力限制，板料的厚度不宜过大。
随着现代工业的飞速发展，金属板料成形件的需求量越来越大，板料成形技术也有了新的进展。目前包括喷丸成形，成形锤成形、激光成形等，复合成形方法有板料多点成形与数控渐进成形复合的成形方法，拉形与数控渐进成形相结合的复合成形方法等。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的技术缺点，提供一种金属薄板塑性复合胀型成形方法。该复合成形方法是将数字化成形技术(板料数控渐进成形)和传统成形技术(球型胀形)有机结合起来，通过两者的优势互补而达到特殊的成形效果。
本发明所提供的金属薄板球型胀形和板料数控渐进成形相结合的复合成形方法，首先利用胀形对金属薄板进行预成形，胀形的深度根据成形角的大小进行计算得出。根据成形制件的要求预先在UG软件中进行加工轨迹编程，生成的NC代码导入数控机床中，然后对已发生预成形的金属薄板在板料数控渐进成形机床上进行加工成形，大量实验表明，球型胀形和板料数控渐进成形结合的复合成形方法相比其他复合成形的方法，可以有效改善金属薄板塑性成形加工时间过长、以及成形大成形角零件困难的问题，尤其是对成形大成形角的零件，相比其它复合成形方法具有显著的技术优势。
本发明所提供的一种金属薄板塑性复合胀型成形方法具体步骤如下：
(1)将待成形的金属薄板固定在板料冲压机下，操作板料冲压机使压边圈上升，将金属薄板四周压紧。
(2)根据模型预先对金属薄板球型胀形的深度进行计算，然后在板料冲压机上对金属薄板球型胀形的深度进行设定；所述金属薄板球型胀形的深度根据以下模型设定：
H=λarcsin2(2θ+1)11]]>
其中：H－球型胀形的深度，单位：cm；
θ－加工件的成形角，角度采用弧度制；
λ－比例系数，取10～12。
(3)根据模型预先对金属薄板球型胀形的直径进行计算，然后在板料冲压机上选择相应直径的冲头。
步骤(3)中所述金属薄板球型胀形的直径根据下面的模型设定：
D=K·ln2H+1·arctanθ]]>
其中：D－球型胀形的直径，单位：cm；
H－球型胀形的深度，单位：cm；
θ－加工件的成形角，角度采用弧度制；
K－胀形系数，取10～12。
(4)选择冲头，启动板料冲压机对金属薄板进行胀型预成形，待金属薄板胀形至设定深度，板料冲压机自动停止，得到胀型预成形后的金属薄板。
(5)取下胀型预成形后的金属薄板，将胀型预成形后的金属薄板固定在板料数控渐进成形机床的夹具上，四周压紧；
(6)根据成形制件的参数要求，利用UG软件，首先确定板料数控渐进成形机床坐标系与工作坐标系一致，坐标原点定在有利于准确对刀的位置，绘制出零件成形区域的形状，生成板料数控渐进成形机床所能识别的NC代码；
(7)将生成的NC代码导入板料数控渐进成形机床，操作板料数控渐进成形机床按刀具顶点进行对刀，然后对金属薄板所需成形区域进行加工；待金属薄板加工成所需要的成形制件时，停止板料数控渐进成形机床，取下加工成形后的制件，完成所述金属薄板塑性复合胀型的成形。
通过以上金属薄板球型胀形和板料数控渐进成形相结合的复合成球形或者大成形角斜壁件方法，可以有效的提高金属板料成形的效率，提高了成形制件的表面质量，大大缩短了加工成形时间，改善了零件厚度变化大的缺陷，尤其是使成形大成形角零件得以实现。本发明方法对于板料成形具有普遍的适用性，除用于铝板加工外还可以用于钢板等其它板材的成形加工。
具体实施例：
实施例1：选用厚度为1.5mm的08Al作为实验加工材料，将铝板在剪板机上裁剪成20块200×200mm的成形板料，以便实验中使用。将20块板料分成2组，分别采用板料数控渐进成形方法和本发明所提供的一种金属薄板球型胀形和板料数控渐进成形的复合成形的方法加工相同形状的制件。
在加工的过程中观察成形件是否破裂，并记录成形件加工成型所需的总时间，通过比较两种塑性成形方法得到每组零件的加工成形所需的总时间和成形角度的大小，说明两种塑性成形方法对金属薄板成形性能的影响。
首先仅采用板料数控渐进成形方法对第一组的10块板料进行加工，首先根据成形件的尺寸，在三维制图软件UG环境下绘制出欲加工零件的草图，再利用UG的后处理功能生成板料数控渐进成形机床所能识别的NC代码，将NC代码导入板料数控渐进成形机床操作系统中，操作数控机床加工成形制件，最终得到的成形结果如表1所示：
表1数控渐进成形方法的成形结果

在第一组实验中10个加工制件最大成形角达到67°时就产生了破裂，且成形破裂时间约为12分钟。实验1结果表明：纯渐进成形的破裂高度几乎是一样的，都是在厚度减薄最大的减薄带处，出现破裂时间也相接近。
实施例2：采用本发明所提供的一种金属薄板球型胀形和板料数控渐进成形相结合的复合成形方法对第二组10块板料进行加工。首先利用板料冲压机对金属薄板进行球型胀形(预成形)，球型胀形的深度根据步骤(2)中的模型公式计算可得，胀形深度H＝2.35cm，然后根据球型胀形的深度计算出球型胀形的直径D＝10cm，再对已发生预成形的金属薄板进行板料数控渐进成形，通过复合成形方法加工的10个成形件的成形结果如表2所示。
表2复合成形方法的成形结果


在第二组实验中10个成形制件加工时间均约为6分钟，成形角度可达到75°，均加工成功。
从以上两组实验的结果表明，采用本发明所提供的复合成形方法，成形时间大幅减少，成形角度得到了显著的提高，验证了球型胀形与板料数控渐进成形的复合成形的能力和优越性。