金屬板材三維曲面類零......



金屬板材三維曲面類零件具有薄殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因其重量輕、材料省、力學(xué)性能好、幾何造型流暢，往往作為主要零件，在民用產(chǎn)品、軍用產(chǎn)品以及現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品等各種制造領(lǐng)域廣為應(yīng)用。特別是隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，金屬板材成形件的需求量越來(lái)越大。尤其是在航空航天、造船、汽車等生產(chǎn)行業(yè)，板材成形占有舉足輕重的地位。在傳統(tǒng)板材成形方法中，模具成形方法以其適應(yīng)性廣、生產(chǎn)效率高、適合大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，多年來(lái)一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。但隨著時(shí)代的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，鈑金件生產(chǎn)的多品種、小批量和個(gè)性化的趨勢(shì)愈來(lái)愈明顯。而傳統(tǒng)模具的設(shè)計(jì)、制造周期比較長(zhǎng)，在投入使用前，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)試模、修模，而且模具材料和加工成本都比較高，因此傳統(tǒng)模具成形方法很難滿足當(dāng)前快速發(fā)展的社會(huì)需求。開(kāi)發(fā)出能迅速適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代、自動(dòng)化程度高、適應(yīng)性廣的新技術(shù)、新設(shè)備已經(jīng)成為板材成形領(lǐng)域的迫切需要。
在這種需求下，許多板材成形的新技術(shù)和新方法應(yīng)運(yùn)而生。主要有：成形錘漸進(jìn)成形、數(shù)字化漸進(jìn)成形、激光熱應(yīng)力成形、激光沖壓成形、無(wú)模多點(diǎn)成形等等。這些技術(shù)都是在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的支撐下，實(shí)現(xiàn)板材的無(wú)模成形，具有很大的“柔性”。它們克服了傳統(tǒng)模具成形的不足，節(jié)省了模具制造費(fèi)用，縮短了開(kāi)發(fā)周期，特別適合新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和小批量生產(chǎn)，體現(xiàn)了敏捷制造的理念。我們實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)整體模和作者簡(jiǎn)介：劉敬平，男，青島理工大學(xué)在讀碩士研究士，研究方向?yàn)槟＞咧圃炫c快速成形。多種無(wú)模成形技術(shù)的研究，在無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)基礎(chǔ)上提出了一種新的板材拉伸成形技術(shù)一電磁輔蹴金拉伸快速成形技術(shù)。首先介紹一下無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)。
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1無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)
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無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)是基于“離散”思想，將柔性制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技術(shù)。其基本思想是將傳統(tǒng)的整體模具離散成一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的單元體，通過(guò)對(duì)各單元體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，自由地構(gòu)造出成形面，從而實(shí)現(xiàn)板材三維曲面成形。
我們可以看出，在整體模具成形中，板材由模具曲面來(lái)成形，而多點(diǎn)成形中則由單元體沖頭的包絡(luò)面(或成形曲面)來(lái)完成。
由于各單元體的位置可根據(jù)成形零件的形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此每次改變各單元體的空問(wèn)位置就可以改變成形曲面，這也就相當(dāng)于重新構(gòu)造了成形模具，具有很大的“柔性”。無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)具有成形板材無(wú)需另外配置模具，成形模具的形狀可變，成形路徑町變，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形，小設(shè)備成形大型件，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。但是它也存在一些特有的缺陷：壓痕、階梯效應(yīng)和邊界效應(yīng)等。其中最主要的缺陷是壓痕，通過(guò)對(duì)多點(diǎn)成形壓痕成形機(jī)理的分析可知，壓痕主要是由于接觸壓力的高度集中，變形過(guò)于局部化以及撓曲變形剛度不合理造成的。針對(duì)壓痕的成形機(jī)理，多點(diǎn)成形技術(shù)也采取了一些措施，如采用大曲率半徑的|中頭，在沖頭與板材之問(wèn)使用彈性墊和采用多點(diǎn)壓機(jī)成形方式等等。這些方法雖然在一定程度上能夠抑止和減輕壓痕，但是效果并不盡人意。
我們實(shí)驗(yàn)室提出的電磁輔助鈑金拉伸快速成形技術(shù)綜合了多點(diǎn)成形和傳統(tǒng)整體模的成形優(yōu)點(diǎn)，能很好的消除階梯效應(yīng)和壓痕。下面就介紹一下電磁輔助鈑金拉伸快速成形技術(shù)。
2電磁輔助鈑金拉伸快速成形技術(shù)
2.1系統(tǒng)組成
電磁輔助鈑金拉伸快速成形技術(shù)是在多點(diǎn)成形技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它的工作原理和多點(diǎn)成形技術(shù)有幾分相似。它的工作原理可以簡(jiǎn)單地描述為：首先由步進(jìn)電機(jī)將單元體驅(qū)動(dòng)到指定位置，然后利用磁場(chǎng)對(duì)磁性材料粉末有力的作用和磁場(chǎng)的光順性，用磁性材料粉末將單元體之間的凹坑填平，最后加上大強(qiáng)度的夾緊磁場(chǎng)，單元體與磁性材料粉末在強(qiáng)大磁場(chǎng)的作用下成為一個(gè)整體，成為傳統(tǒng)意義上的實(shí)體模。