[發明專利]連續不均勻壓縮成形三維曲面的方法

有效

• 申請號: 201210201795.3
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102728706A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 蔡中義;李明哲;王蜜;李湘吉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B21D31/00
• 分類號: B21D31/00;B21D43/09
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及一種板料成形方法，屬于金屬塑性加工領域，特別適用于雙曲度三維曲面件的快速成形。

背景技術

三維曲面零件廣泛應用于飛機、輪船、高速列車、化工容器等制造領域，在現代建筑結構以及城市雕塑中雙曲度曲面的需求量也越來越大。這些曲面零件通常是單件、小批量生產，零件的形狀多種多樣，每種形狀零件的數量不多。傳統的模具成形技術適于零件的大批量生產，用于曲面零件的小批量加工時，模具成本太高，因而不再適用。由于傳統的加工技術不能滿足實際要求，單件、小批量曲面件的加工已成為諸多領域的技術瓶頸問題。

不均勻壓縮連續成形三維曲面的方法是解決單件、小批量曲面成形問題的一種有效途徑。這種成形方法所需的成形力小，設備結構簡單、造價低，能實現三維曲面零件的快速、高效、低成本加工。

發明內容

本發明提供一種由金屬板料連續成形出三維曲面的方法。金屬板料在變形區內獲得橫向彎曲變形及厚度方向的不均勻壓縮變形，不均勻壓縮導致板料的伸長量沿橫向不均勻分布，從而在彎曲橫截面上造成附加的縱向彎矩，使板料縱向彎曲。隨著板料的縱向連續進給，在橫向與縱向彎曲變形的共同作用下，形成雙曲度的三維曲面。

本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的，結合附圖說明如下：

一種連續不均勻壓縮成形三維曲面的方法，使金屬板料3連續進給，通過上、下成形工具之間的曲線形狀縫隙被不均勻壓縮后，在出口端形成雙曲度的曲面4，所述的成形工具的縫隙的中線是曲線形狀，并且縫隙的寬度是非等值分布，具體步驟如下：

1)確定成形件的目標曲面的主曲率方向，在曲面成形時，使金屬板料3的進給方向即縱向與成形件目標曲面的一個主曲率方向一致，成形工具沿垂直于板料進給方向即橫向布置，與成形件的目標曲面的另一個主曲率方向一致，并確定出成形件的目標曲面縱向曲率ρ_L及橫截面曲線z＝c(x)，其中z為高度方向坐標。

2)確定上、下成形工具之間的縫隙寬度函數h(x)，該函數應為高度方向坐標z的線性函數，成形縱曲率與橫曲率為同向的凸曲面4a時，縫隙2a的寬度值分布為中間小兩邊大，對于對稱的凸曲面，縫隙2a的寬度計算公式為：

h(x)=[1-(1-c(x)d)dρL]H]]>

其中H為板料3的厚度；ρ_L為成形件目標曲面的縱向曲率半徑；d為目標曲面橫截面曲線c(x)上的最大高度差。

成形縱曲率與橫曲率反向的鞍型曲面4b時，縫隙2b的寬度值分布為中間大兩邊小，對于對稱的鞍型曲面，縫隙2b的寬度計算公式為：

h(x)=[1-c(x)ρL]H]]>

3)所述的成形工具為長條狀，并有小撓度彎曲，其輪廓形狀通過調形機構6進行調整，上成形工具輪廓形狀曲線的計算公式為：f₁(x)＝c(x)+h(x)/2；下成形工具輪廓形狀曲線的計算公式為：f₂(x)＝c(x)-h(x)/2。

4)成形出的曲面(4)其縱向曲率半徑的計算公式為：