[发明专利]渐进式无模成形方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及金属板材的快速成形加工，具体涉及一种采用无模渐进方式挤压成形的方法。

 

背景技术

在机械加工领域，冲压工艺具有节省材料、快速高效等优点，从而有利于降低制造成本，现有的冲压工艺主要包括下料冲孔和拉伸成形，一般是用专门的模具在压机上冲压完成，由于模具的制造成本较高，周期较长，因此，上述工艺方式只适合于批量性生产，而对于单件或小批量的加工，传统的做法是技术工人用一些简单的工具通过手工锤击、锻打等方式进行加工，不但生产效率低，而且尺寸精度难以保证。随着技术的进步，出现了许多用数控方式进行冲压加工的数控冲床，其主要是通过标准冲头的连续冲压，最终形成连续的加工轨迹并完成冲孔或切边下料，而对于工件上的一些简单的凹凸形状，还是需开设相应的拉伸模具拉伸成型，因此仍然无法满足单件、小批量工件的快速拉伸成形的需要。

目前，已有一些无模成形技术在开发中，但由于存在一些技术问题，因此尚未全面推广应用。例如，在中国专利文献上公开的“金属板材无模成形实用装置”，其授权公告号为：CN2900010Y，其包括定模板、动模板和底板，在定模板上设有多个柱形成形杆，成形杆的头部呈球冠状，成形杆可以沿其轴向调整其位置，从而构成定模离散化成形面。动模板上安装软模框，软模框内装入软模。成形时，在软模框上放置板材，设于底板上的加载设备驱动动模板运动，动模板上的软模受到挤压后形成与定模的离散化成形面相吻合的动模成形面，从而使板材被拉伸成形。该装置具有结构简单，制造成本低的优点，但存在下列缺陷：1. 动模为软模，因此难以成形材质较硬或较厚的板材。2. 由于受成形杆尺寸的限制，相邻成形杆的距离较大，因此由成形杆构成的离散成形面与工件的设计轮廓之间的误差较大，造成成形后的工件尺寸精度不高。3. 由于工件是一次性成形，因此需要大量的成形杆以构成离散化成形面，尤其是工件尺寸较大时，成形杆的数量将十分惊人，不但制造成本高，而且成形杆的调整也极为繁杂。因此该装置只适用于一些外形尺寸较小，对尺寸精度要求不高的工件的成形加工。

在中国专利文献上还公开了一种“板材无模多点成型装置”，其授权公告号为：CN2460239Y，它主要是由上、下基本体群，调整机构，加载部分组成，上、下基本体群是由多个相互独立的冲头组成，冲头可以沿其轴向移动，并通过调整机构进行调整，使上、下基本体群分别构成上、下模的离散化成形面，进而通过加载部分对板材进行冲压成形；或者用上、下基本体群先将板材压住，然后通过调整机构使上、下基本体群的冲头一次性调整到位，从而将板材拉伸成形。该成型装置由上、下基本体群对板材进行冲压成形，因此可成形较厚或材质较硬的板材，但同样存在冲头间距大、工件成形精度低、冲头的调整复杂、不适合外形尺寸较大工件成形的问题。

另一种在中国专利文献上公开的“金属板材数控无模成型设备”，其授权公告号为：CN201313128Y，该无模成型设备包括底座、分别安装在底座左右两侧的两对立柱，底座上设置有X轴向导轨，X轴向导轨上设置有可在其上移动的X轴向平台，两对立柱的顶部横梁上设置有Y轴向平台，Y轴向平台上设置有Y轴向导轨，Y轴向导轨上设置有Z轴向主轴。由于具有X、Y、Z三个方向的运动机构，X、Y、Z三轴方向在计算机控制下实现三轴联动，该无模成型设备的成型方式为单点渐进式的无模成型，通过将复杂的三维数字模型沿高度方向分层，形成一系列断面二维数据，并根据这些断面轮廓数据，从顶层开始逐层对板材进行局部的塑性加工。在计算机控制下，安装在三轴联动的数控无模成型设备上的成形压头，先走到模型的顶部设定位置，对板材压下设定的压下量，然后按照第一层断面轮廓，以等高线的方式，对板材施行渐进塑性加工。在模型顶部板材加工面形成第一层轮廓曲面后，成形压头再压下一个设定高度，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓曲面，如此重复直到整个工件成形完毕。由于采用单点单向渐进式的无模成型方式，因此成形压头的制造和控制较为方便，同时工件的外形尺寸不受限制，且自动化程度高。然而，该无模成型设备同时存在下列问题：1. 其成形压头是单向的，因此只能单向冲压成形，而无法成形轮廓表面两个高点之间有凹陷的工件。2. 由于采用的是单点渐进式的无模成型方式，因此，成形压头在成形时对板材造成的拉伸变形会传递到已成形区域的板材，进而使已成形区域的板材产生额外的变形，从而大大地降低了冲压成形后工件的尺寸和形状精度。3. 由于其加工的轨迹是按照等高线的方式形成的断面轮廓，从而使加工轨迹成为复杂的曲线，进而大大增加了成形压头运行轨迹的控制难度。

 

发明内容