[发明专利]一种采用离散式位移加载方式成形三维曲面的方法

权利要求书

1.一种基于离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法，通过拉形模具（1）的左、右两侧对称布置的两排加载控制单元（2），对金属板料两端逐点施加可控的分布位移载荷，使板料以不均匀程度最小的变形方式与模具（1）逐渐贴合，获得高质量拉伸成形曲面零件（3），其特征在于：

1）板料拉伸成形过程通过模具两侧的加载控制单元来实现，加载控制单元沿横向均匀分布，一个加载控制单元控制板料端部一个加载点的运动，板料的变形由位于其左、右端部的一系列离散加载点（7）、（8）的位移来控制，各加载点沿水平方向-x方向及垂直方向-z方向的位移由成形曲面的纵向伸长量及转角来确定；

2）加载控制单元由油缸（4）、油缸（5）及夹料钳（6）组成，油缸通过电液伺服阀及电气、液压系统进行精确控制，板料端部的各加载点在xz平面内的运动通过加载控制单元（2）的夹料钳（6）来实现，夹料钳的运动由油缸（4）和油缸（5）的行程来控制；

3）所述的离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法控制拉形过程的具体步骤如下：

第一步、将板料（10）横向弯曲成与模具型面接触的柱面；

第二步、根据成形曲面的形状，基于纵向纤维均匀伸长及均匀转动的原则，确定位于板料左、右端部的各加载点在成形过程t时刻所需要的x方向位移u及z方向位移w；

第三步、根据所需要的位移u及位移w随时间的变化历程，确定各加载单元的油缸（4）和油缸（5）的行程d_A和d_B随时间的变化历程，控制各加载单元的夹料钳（6）的运动，进行三维曲面的拉伸成形。

2.按照权利要求1所述的离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法，其特征在于，所述的离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法控制拉形过程的步骤中，确定加载点x方向位移及z方向位移的具体过程为：

第一步、提取出第k对加载控制单元对应的模具型面的纵向截面轮廓线（8），确定其参数方程为：

Pk(s)=xk(s)zk(s)(k=1,2,...,m)]]>

其中m为模具一侧加载单元的总数，s为曲线的参数坐标；

第二步、求解以下方程，计算t时刻左、右两侧板料与模具的接触点参数坐标s_t1和s_t2：

zk′(sti)xk′(sti)=tg(θkiTt)(i=1,2)]]>

其中θ_k1和θ_k2分别为第k对加载控制单元对应的模具型面的纵向截面轮廓线左边缘和右边缘切线的倾角，T为拉伸成形需要的总时间；

第三步、利用以下方程，计算板料左、右端部与第k对加载单元对应的加载点在t时刻的x方向及z方向位移：

uki(t)=xk(sti)-xk(st)+(l0i-lti+lki-l0iTt)cos(θkiTt)-l0iwki(t)=zk(sti)-zk(st)+(l0i-lti+lki-l0iTt)sin(θkiTt)(i=1,2)]]>

其中u_k1(t)与w_k1(t)分别为第k对加载控制单元对应的板料左端加载点的位移，u_k2(t)与w_k2(t)分别为对应的板料右端加载点的位移，l_k1，l_k2分别为对应的模具型面的纵向截面轮廓线最高点的左半部分和右半部分的弧线长度，l₀₁，l₀₂分别为左半部分和右半部分的板料长度，s_k为纵向截面轮廓线最高点的参数坐标。

3.按照权利要求1所述的离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法，其特征在于，所述的离散式位移加载的三维曲面拉伸成形方法控制拉形过程的步骤中，第k对加载控制单元的油缸（4）和油缸（5）在t时刻的行程由下式确定：

dAki(t)=DA-DA2+wki2(t)+uki2(t)-2DA[wki(t)cosαki+uki(t)sinαki]dBki(t)=DB-DB2+wki2(t)+uki2(t)-2DB[wki(t)cosβki+uki(t)sinβki](i=1,2)]]>

其中d_Ak1(t)与d_Bk1(t)分别为左侧加载单元油缸（4）和油缸（5）的行程，d_Ak2(t)与d_Bk2(t)分别为右侧加载单元油缸（4）和油缸（5）的行程，D_A和D_B分别为初始时刻t＝0时油缸（4）和油缸（5）的有效长度，α_k1与β_k1分别为初始时刻左侧油缸（4）和油缸（5）的轴线水平倾角，α_k2与β_k2分别为初始时刻右侧油缸（4）和油缸（5）的轴线水平倾角。