金属板材数控渐进成形工艺规划研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要金属板材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，然后通过数控渐进成形设备的进给系统，驱动成形工具按照一定的轨迹逐步地成形板料，最终得到需要的零件。在工艺规划中，通过零件的数字模型来调节成形工具的运行轨迹，达到渐进成形零件形状的目的。其柔性的特点决定了该项技术尤其适合于新产品开发阶段的板料零件成形，如汽车覆盖件等，可以大大缩短产品开发周期，降低开发成本和新产品开发的风险。本文依据金属板材数控渐进成形技术的成形机理，分析了该

2、技术的加工工艺特点，研究表明，影响金属板材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a、进刀量h、工具头进给速度v、支撑模和工具头之间的间隙c、摩擦等。根据上述特点，集成数控渐进成形的诸多研究成果，形成了由建模、工艺分析、轨迹生成、HrpDSF处理、安装定位、加工润滑、后处理等组成的金属板材数控渐进成形工艺规划方法。并将该工艺规划方法应用于汽车座椅、汽车翼子板、汽车车门等汽车覆盖件的数控渐进成形中，制成了满足要求的工件。该成果为今后在企业的推广与实际应用金属板材数控渐进成形技术提供了

3、一套完整的工艺路线范例。本文还对实际数控渐进成形加工中，通常出现的破裂、回弹、起皱和压痕等严重影响覆盖件成形质量的缺陷进行了分析，并根据这些缺陷产生的各种原因，提出了不同的处理防范措施，取得了较好的效果。为今后完善和发展金属板材数控渐进成形技术起到熏要作用。关键词：金属板材成形无模成形快速成形数控渐进成形工艺规划华中科技大学硕士学位论文圈1—1旋压成形工艺原理图旋压成形方法作为金属塑性加工的一个重要分支，具有柔性好、成本低廉等优点，适合加工多种金属材料，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的方法。与其他

4、冲压工艺方法相比，由于它能制造出形状多样、尺寸各异的产品，特别是在结合高效、精密的数控技术后，更具有明显的优越性。但是旋压成形只能用于加工轴对称零件。像汽车覆盖件这样的曲面多、形状复杂的零件，其无法加工。1．1．2无模多点成形无模多点成形【5‘6】是由规则排列的基本体点阵代替传统的整体模具，通过计算机控制基本体的位置形成形状可变的“柔性模具”，从而实现不同形状板类件的快速成形的方法。图1-2无模多点成形设备2华中科技大学硕士学位论文无模多点成形技术在20世纪90年代初由日本教授中村敬一教授作了初步研究

5、。在国内，吉林工业大学在多点成形法取得了很大的进展，成功的研制出多点成形样机(如图1．2)，板材无模多点成形设备是以计算机辅助设计、辅助制造、辅助测量(cAD，C舢WCA=r)技术为主要手段的柔性锻压设备，它利用计算机控制基本体的高度来形成所需要的曲面形状，不用模具实现板材的自动成形。无模多点成形的工艺规划(图1-3)主要为：图1-3无模多点成形工艺规划图与传统的模具成形相比，无模多点成形设备主要具有如下的工艺特点：(1)实现了无模成形；无模多点成形借助于高度可调整的基本体群构成离散的上、下工具表面，

6、替代传统的上、下整块模具进行三维曲面自动成形。(2)改善了变形条件；传统的模具成形，开始时只有小部分与工件表面接触。而无模多点成形所有基本体与工件完全接触，实现最佳变形。(3)小设备成大型件：采用分段成形技术，逐次成形大于设备尺寸的工件。但无模多点成形缺点：(1)无法成形曲面多和形状复杂的零件，如，汽车翼子板、汽车座椅等复杂覆盖件；(2)成形件的精度很难保证；(3)被加工零件形状改变后，压机的压力头更换调节难度大；(4)实现各压头的自动化冲压难度大、成本高。3华中科技大学硕士学位论文1．2金属板材数控

7、渐进成形发展简介1．2．1相关技术的发展快速成形技术对制造业的影响可与数控技术的出现相比。它引进分层制造(LayeredManufacturing)的思想，通过切层得到三维实体的截面轮廓曲线的型值点信息，然后由数控系统和执行单元完成逐点、逐层成形，从而将三维加工变为二维加工，最后得到零件或者零件的原型。快速成形技术的分层制造的思想是金属板材渐进成形技术的基础【16l。随着科学技术的飞速发展，数控(NC)加-r技术得到了迅速发展和广泛应用。使制造技术发生了根本性的变化。并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷

8、化、网络化和数字化制造方向推进例。日前，CAD／CAM技术和数控技术发展已经达到相当成熟的地步，三维造型技术、对产品模型的分层切片技术的发展，CAD／CAM技术与数控加工技术的结合，都为金属板材数控渐进成形技术不断成熟提供了技术保证。1．2．2金属板材数控渐进成形技术1994年，日本学者松原茂夫I协131初步提出了数控渐进成形法，对其概念、成形过程和特征进行了阐述，并且通过与传统的利用模具加工的技术进行比较，指出了该技术的先进性。他描述了数控渐进成形工艺