[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

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性加工领域，涉及了一种板料成形方法，适用于大型三维曲面零件的拉伸成形。

背景技术

拉伸成形是大型曲面蒙皮件的主要加工方式。传统的板料拉形采用整体夹钳，拉形过程中钳口作为一个刚性整体同步运动，钳口夹持的板料端始终保持为固定的形状，导致板料在横向不随模具型面主动变形，造成变形不均，引起破裂、起皱以及滑移线、粗晶等缺陷，这些问题在铝合金、钛合金等变形量可控制范围很小的材料成形时尤为突出。另外，整体加载模式还导致贴模困难，为保证贴模，板料必须留有足够长度的悬空段，导致成形后形成较大的工艺废料。尽管人们在夹钳运动轨迹优化设计方面进行了不少研究工作，但传统拉形中的变形不均、贴模不良等问题很难彻底解决。采用离散式位移加载的曲面拉伸成形方法可以实现变形均匀化，避免成形缺陷产生，实现大变形量的曲面零件成形。同时，解决贴模不良问题，减少工艺余料，显著节省材料。

可见，开发一种采用离散式位移加载方式进行曲面拉伸成形的方法十分必要。

发明内容

不均匀变形是造成大型三维曲面拉伸成形中各种缺陷的主要原因，本发明的目的是提供一种拉伸成形的方法，通过离散式位移加载方式控制成形过程，使变形的不均匀程度达到最小，从而避免各种成形缺陷产生，解决传统拉形方法的变形不均、贴模不良、工艺废料多等问题，获得高质量的曲面零件。位移载荷通过两排加载控制单元施加在位于板料两端的一系列离散点上，根据目标成形曲面上材料的变形量及转动量来确定各加载点载荷的大小、方向及其随时间的变化历程，使板料各纵向纤维在成形过程中始终保持均匀伸长并均匀转动，最终实现变形的均匀化。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的,结合附图说明如下：

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。

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：