[發明專利]大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構設計方法

有效

• 申請號: 202011258594.8
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112536370B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 查光成;蔣哲東;馮星宇;閆飛宇;牛草豐
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B21D31/00
• 分類號: B21D31/00;G06F30/20;G06F119/14;G06F119/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴志平

本發明公開了一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構，包括若干個在大角度回轉體制件上周向等間距設置的工藝孔單元，工藝孔單元包括相對設置的大半圓部和小半圓部，大半圓部位于小半圓部的外圈，大半圓部和小半圓部之間通過直線部連接形成閉合結構，兩個相鄰的工藝孔單元之間緊挨的兩個直線部平行設置。本發明還公開一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構的設計方法。本發明提供的一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構及其設計方法，能夠減小翹曲變形，同時還保留了孔的補料能力。

技術領域

本發明涉具體涉及一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構及其設計方法，屬于漸進成形加工領域。

背景技術

漸進成形(Incremental Sheet Forming,ISF)是一種融合了計算機、數控和塑性成形等技術的柔性無模制造工藝，它采用了“降維”的方法，將三維鈑金件離散成為一系列的二維輪廓形狀，通過工具頭對二維輪廓形狀逐點加工積累從而獲得零件整體形狀。漸進成形技術具有高柔性、低成本、周期短、高效率等特點，是近年來發展迅速的一種先進板材成形技術。

由于漸進成形其特殊的加工方式，成形工具頭在成形力的作用下對板料進行變薄拉延，成形區域的材料在工具頭的作用下沿著工件軸向作剪切流動，板料厚度會減薄，減薄規律遵循余弦定理t₀＝t cosθ，所述的t為板材的原始厚度，當成形角θ越大時，成形后的制件厚度會趨于一個臨界厚度t₁。當t₀小于t₁時，板材便會發生破裂。其主要原因在于金屬板料在成形過程中，板料四周被夾具夾緊，參與變形的金屬總量是不變的，因此壁厚減薄的金屬得不到補充，產生破裂。

由于減薄帶的出現破壞了成形后零件的壁厚均勻性，即成形后零件的力學性能存在薄弱區域，大成形角漸進成形零件往往會在減薄帶區域發生破裂。因此，只要能夠削弱減薄帶的存在甚至消除減薄帶，便能提高漸進成形制件的成形極限。經過對現有的漸進成形技術中工藝孔的設計檢索發現，許金亮等人通過設計切口的方式，有效補充漸進成形過程中金屬的流動，從而優化制件的厚度。但其關于孔型的設計存在明顯的缺陷，其設計的長孔利用漸進成形正成形的方式在成形后會發生翹起但不容易影響零件外形，這是由于正成形支撐模的存在零件整體受力后不會發生塌陷等現象。而在負成形時其長孔的設計并不適合，零件會發生翹起甚至外形也會受到影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，解決現有技術的不足，提供一種能夠減小翹曲變形，同時還保留了孔的補料能力的大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構及其設計方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構，包括若干個在大角度回轉體制件上周向等間距設置的工藝孔單元，所述工藝孔單元包括相對設置的大半圓部和小半圓部，所述大半圓部位于所述小半圓部的外圈，所述大半圓部和小半圓部之間通過直線部連接形成閉合結構，兩個相鄰的所述工藝孔單元之間緊挨的兩個所述直線部平行設置。

所述工藝孔單元的長軸所在的中軸線指向回轉體制件的中心。

所述工藝孔單元的個數為N個，其中N為大于等于20的整數。

一種大角度回轉體制件在漸進成形中的工藝孔結構設計方法，包括以下步驟：

步驟a，確定回轉體制件的材料種類、制件原始厚度t、漸進成形角θ和漸進成形深度h；

步驟b，由漸進成形角θ確定制件在遵循余弦定理并且不考慮制件破裂情況時的理論厚度t₀；

步驟c，采用變角度球臺形曲面模型來測量該制件在漸進成形中的成形極限，利用板料厚度減薄規律求得該制件此時的厚度t₁，即板料發生破裂時的厚度；

步驟d，設計工藝孔單元，孔的長度為a，孔的搭邊量為b，孔與孔之間的間距值為c；