本發(fā)明涉及一種均勻板厚的制品漸進(jìn)成形方法及該方法獲得的制品，屬于板料漸進(jìn)成形加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
板料漸進(jìn)成形技術(shù)不需要模具或只需要支撐模，借助CAD模型即可完成板料制品的成形，特別適合新產(chǎn)品開發(fā)以及單件或小批量鈑金件的生產(chǎn)，可做為沖壓企業(yè)柔性制造環(huán)節(jié)，是對(duì)傳統(tǒng)沖壓成形的有利補(bǔ)充，因而得到了越來越多的關(guān)注和研究。
對(duì)于現(xiàn)有漸進(jìn)成形技術(shù)，不管是工具與板料始終接觸的連續(xù)式漸進(jìn)成形，還是工具因不斷抬起落下而與板料保持?jǐn)嗬m(xù)的周期性接觸的錘擊式漸進(jìn)成形，制品的厚度均顯著受成形角影響，板料變形前后厚度基本遵循正弦定律，即t＝t0·sin(90°-α)。可見成形角越大，變形后板料厚度越薄，當(dāng)成形角超過板料的漸進(jìn)成形極限角時(shí)，板料即發(fā)生破裂。因此當(dāng)制品不同部分成形角相差較大時(shí)，成形制品厚度顯著不均，成形角大的區(qū)域甚至容易發(fā)生破裂。成形制品厚度不均是目前限制漸進(jìn)成形發(fā)展的主要問題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種均勻板厚的制品漸進(jìn)成形方法及該方法獲得的制品，通過控制工具加工軌跡的波動(dòng)方向即可控制工具的錘擊角度，使金屬由壁厚區(qū)域流向薄壁區(qū)域，從而達(dá)到均勻板厚的目的，提高了板料的成形性能和制品的成形質(zhì)量。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種均勻板厚的制品漸進(jìn)成形方法，包括以下步驟：
(1)采用三維軟件建立制品三維幾何模型；
(2)采用三維軟件或人工編程方式生成制件的連續(xù)接觸漸進(jìn)成形加工軌跡；
(3)將步驟(2)中的連續(xù)接觸漸進(jìn)成形加工軌跡以滿足一定成形精度的離散點(diǎn)輸出；
(4)在三維幾何模型的豎直方向上引入正弦波動(dòng)，生成錘擊角為90°的錘擊式漸進(jìn)成形軌跡；
(5)按照制品的平均壁厚或成形處的期望壁厚，計(jì)算成形工具在不同位置處的錘擊角度θ；
(6)以相鄰兩個(gè)正弦波動(dòng)的波谷的工具軌跡點(diǎn)連線為轉(zhuǎn)軸，將兩波谷之間的軌跡點(diǎn)繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度(90°-θ)；
(7)輸出漸進(jìn)成形的波動(dòng)加工軌跡；
(8)成形工具按步驟(5)所述的加工軌跡對(duì)板料進(jìn)行漸進(jìn)成形，得到制品。
進(jìn)一步，所述的均勻板厚的制品漸進(jìn)成形方法，步驟(3)的中根據(jù)要引入正弦波的波長和每個(gè)波長應(yīng)滿足軌跡點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過Lagrange線性插值法對(duì)步驟(2)輸出的加工軌跡點(diǎn)進(jìn)行插值。
進(jìn)一步的，步驟(5)的計(jì)算方法如下：
式中，制品的成形角為α，漸進(jìn)成形的錘擊角為θ，t0為板料初始厚度，為制件側(cè)壁平均厚度，t底為單點(diǎn)成形時(shí)板料底部厚度，t邊緣為雙點(diǎn)成形時(shí)板料邊緣厚度；h為制品頂面到底面的高度；l為制品中心線到最外側(cè)邊緣的距離。
進(jìn)一步的，步驟(7)的輸出格式為數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脻u進(jìn)成形機(jī)可識(shí)別的格式。
進(jìn)一步的，所述步驟(8)的具體過程如下：
將待加工件做成平板狀結(jié)構(gòu)，使待加工件的幾何中心與成形夾具的幾何中心重合，壓住待加工件的四周；成形工具在數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脻u進(jìn)成形機(jī)的控制下按照步驟(7)生成的波動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)漸進(jìn)成形。
一種制品，采用所述的均勻板厚的制品漸進(jìn)成形方法獲得。
本發(fā)明的有益效果：
現(xiàn)有漸進(jìn)成形技術(shù)無法直接解決因成形角變化而導(dǎo)致的板料局部厚度不均的問題。解決板料成形極限角限制和制品厚度不均多采用多道次漸進(jìn)成形，即通過多次“從頂至底”和“從底至頂”來逐次調(diào)整板厚。但多道次漸進(jìn)成形大幅增加了成形時(shí)間，且多道次成形制品的中間形狀難以確定，僅能依靠經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)實(shí)驗(yàn)。
本發(fā)明所述的均勻板厚的漸進(jìn)成形方法，將正弦波引入加工軌跡實(shí)現(xiàn)錘擊式漸進(jìn)成形；根據(jù)壁厚反推錘擊角，將錘擊角變?yōu)椴▌?dòng)方向，寫入工具不同位置處的波動(dòng)加工軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了工具對(duì)板料錘擊方向的變化，改變了板料中金屬的流動(dòng)方向，達(dá)到了均勻制品厚度的目的。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為一種均勻壁厚的漸進(jìn)成形方法的板料變形示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作具體詳細(xì)說明，本實(shí)施例是以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，描述了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
本發(fā)明所述的均勻板厚漸進(jìn)成形方法，采用數(shù)控編程的方法，將工具軌跡編制為波動(dòng)加工軌跡，通過控制其波動(dòng)方向，隨時(shí)變換工具的錘擊角度，以改變板料金屬的流動(dòng)方向，從而達(dá)到突破單次成形的成形極限角，均勻制品厚度的目的，具體方法如下：
(1)采用三維軟件建立制品三維幾何模型，并生成加工軌跡，按照設(shè)定的成形精度，將加工軌跡以離散點(diǎn)的方式輸出；
(2)在三維幾何模型的豎直方向上，引入正弦波動(dòng)，生成錘擊角為90°的錘擊式漸進(jìn)成形軌跡；
(3)按照制品的平均壁厚或成形處的期望壁厚，計(jì)算成形工具在不同位置處的錘擊角度θ；
(4)以相鄰兩個(gè)正弦波動(dòng)的波谷的工具軌跡點(diǎn)連線為轉(zhuǎn)軸，將兩波谷之間的軌跡點(diǎn)繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度(90°-θ)；
(5)輸出漸進(jìn)成形的波動(dòng)加工軌跡；
(6)成形工具按步驟(5)所述的加工軌跡對(duì)板料進(jìn)行漸進(jìn)成形。
上述的三維軟件可以選擇CAD/CAM軟件，下面以UGNX8.0軟件為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
實(shí)施例1
(1)用UGNX8.0軟件建立半球形的三維CAD模型，球面半徑為100mm。用UGNX8.0中的加工模塊，生成加工軌跡，并將加工軌跡以0.02mm的成形精度的離散點(diǎn)輸出。設(shè)定每個(gè)波長應(yīng)滿足軌跡點(diǎn)的個(gè)數(shù)為32個(gè)，通過Lagrange線性插值法對(duì)前述離散加工軌跡點(diǎn)進(jìn)行插值，獲得新的加工軌跡點(diǎn)。
(2)在豎直方向上，引入正弦波動(dòng)，選擇正弦波長λ為0.6mm，振幅A為0.8mm，加工工具的水平進(jìn)給速度v為200mm/min。生成錘擊角為90°的錘擊式漸進(jìn)成形軌跡。
這里所述的豎直方向，在指將半球形的三維CAD模型的中心軸線方向。
(3)變形后平均厚度的計(jì)算。按照板料體積不變原則，則：
(4)根據(jù)式(1)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算工具的錘擊角度θ。則：
由于工件表面為球面，側(cè)壁傾角α隨加工高度逐層變化，因此上式中錘擊角θ隨加工位置逐層變化。
(5)以相鄰兩個(gè)波谷的工具軌跡點(diǎn)連線為轉(zhuǎn)軸，將兩波谷之間的軌跡點(diǎn)繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度(90°-θ)，并生成新的刀路軌跡。
(6)以數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脻u進(jìn)成形機(jī)可識(shí)別的格式輸出漸進(jìn)成形的波動(dòng)加工軌跡。
(7)采用厚度為1mm的工業(yè)純鋁1060板，將板料下料成240×240mm，使板料的幾何中心與成形夾具的幾何中心重合，壓住板料四周15mm裝夾。加工工具在機(jī)床的控制下按照步驟(6)生成的波動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)漸進(jìn)成形。
上述均勻板厚的漸進(jìn)成形方法，將正弦波引入加工軌跡實(shí)現(xiàn)錘擊式漸進(jìn)成形；根據(jù)壁厚反推錘擊角，將錘擊角變?yōu)椴▌?dòng)方向，寫入工具不同位置處的波動(dòng)加工軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了工具對(duì)板料錘擊方向的變化，改變了板料中金屬的流動(dòng)方向，達(dá)到了均勻制品厚度的目的。
實(shí)施例2
一種板狀成形件，即所述的制品，采用實(shí)施1中所述的多向錘擊式漸進(jìn)成形方法獲得。采用步驟(1)-(7)得到相應(yīng)的程序后，然后采用厚度為1mm的工業(yè)純鋁1060板，將板料下料成230×230mm，使板料的幾何中心與成形夾具的幾何中心重合，壓住板料四周15mm裝夾；成形工具在機(jī)床的控制下按照步驟(7)生成的波動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)漸進(jìn)成形；獲得最終的產(chǎn)品。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。