[发明专利]基于多点力加载方式的三维曲面拉伸成形方法

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

拉伸成形是大型三维曲面零件的重要加工方法，在飞机蒙皮、高速列车流线型车头蒙皮等制造中广泛应用。传统的板料拉伸成形采用整体式夹钳，拉形过程中钳口对板料施加的拉伸成形力在板料端部横向各点大小与方向都相同，导致板料沿横向分布的伸长量无法控制，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。尽管人们已进行了不少研究工作，但传统拉伸成形中存在的成形缺陷、贴模不良等问题很难彻底解决。

采用离散式多点加载的方式，可通过对各加载点拉伸成形力的控制，使板料以拉伸变形量最小的变形方式获得三维曲面，从而避免成形缺陷产生，实现大变形量的曲面零件成形。同时，可解决拉伸成形中的贴模不良等问题，并减少工艺余料，显著节省材料。

发明内容

在传统的板料拉伸成形中，造成各种成形缺陷的主要原因是板料沿横向分布的伸长量无法有效控制，针对这一问题，本发明将提供一种基于多点力加载方式的三维曲面拉伸成形方法，采用多点力加载的方式控制板料拉伸成形过程，拉伸成形力通过加载控制单元施加于板料两端的一系列离散点上，各加载点所施加的拉伸成形力的大小及方向均独立控制，通过对各离散点处拉伸成形力的实时控制，以最小的拉伸变形量实现三维曲面零件的拉伸成形过程，从而避免成形缺陷产生，获得高质量的曲面零件。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

采用基于多点力加载方式的三维曲面拉伸成形方法，以排列于拉形模具左侧的m个左侧加载控制单元及排列于拉形模具右侧的m个右侧加载控制单元作为拉伸成形加载工具，在板料左端部的m个左端离散加载控制点及板料右端部的m个右端离散加载控制点上对板料施加实时控制的拉伸成形力，使板料以拉伸变形伸长量最小的变形方式与模具型面逐渐贴合，获得高质量的拉伸成形曲面零件；所述的m个左侧加载控制单元及m个右侧加载控制单元沿拉形模具的横向均匀分布；每个左侧加载控制单元及每个右侧加载控制单元均由A液压缸、B液压缸及夹料钳组成，每个左端离散加载控制点处所施加的拉伸成形力由一个左侧加载控制单元独立控制，每个右端离散加载控制点处所施加的拉伸成形力由一个右侧加载控制单元独立控制，拉伸成形力的大小与方向的变化通过改变A液压缸与B液压缸内的液体压力来实现。其特征在于，本方法具体步骤如下：

步骤一、基于模具型面上长度最短的模具型面纵向截面轮廓曲线的长度，确定出拉伸成形所需要的坯料的长度，即拉伸成形开始时刻板料的长度，其具体过程为：

1)第k个左侧加载控制单元与第k个右侧加载控制单元构成第k对加载控制单元，第k对加载控制单元之间对应的模具型面纵向截面轮廓线为第k个模具型面纵向截面轮廓线，提取出第k个模具型面纵向截面轮廓线，确定其参数方程P_k(θ)：

其中y为水平方向坐标轴，z为竖直方向坐标轴；参数坐标θ为第k个模具型面纵向截面轮廓线的切线方向与y轴方向的夹角。

2)计算第k个模具型面纵向截面轮廓线的曲线长度L_k：

其中θ_k1为第k个模具型面纵向截面轮廓线在模具的左边缘处的切线与y轴方向的夹角，θ_k2第k个模具型面纵向截面轮廓线在模具的右边缘处的切线与y轴方向的夹角；ρ_k(θ)为第k个模具型面纵向截面轮廓线在参数坐标θ处的曲率半径，由公式(3)计算：

3)在全部的m个模具型面纵向截面轮廓线的长度L_k(k＝1,2,…,m)之中，确定出长度最短的纵向截面轮廓线，记为第k*个纵向截面轮廓线，拉伸成形所需要的坯料左半部分的长度l₀₁由公式(4)计算，右半部分的长度l₀₂由公式(5)计算：

其中δ_min为保证塑性变形所需的最小伸长量，δ_min＝σ_y/E，σ_y为材料的屈服应力，E为材料的弹性模量。