[发明专利]一种基于3D打印与渐进成形技术的变壁厚钣金零件加工方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及钣金零件的渐进成形制作，尤其是侧壁倾斜角度大的钣金零件渐进成形制作。

背景技术

钣金成形在在汽车和航空等制造业中应用广泛。传统的钣金成形工艺是使用模具进行冲压，使得制作周期较长，而且费用较高，比较适合用于大批量的零件生产。但在中小批量零件生产中，模具的制造费用将会使单个零件的费用有明显的增加，而且在零件制造过程中有模具设计制造这一环节，所以很难快速的生产出设计者设计出的零件，对于用户的个性化需求做出快速响应就更加困难。为了适应市场的需要，各种先进的钣金成形方法不断涌现出来，其中就包括渐进成形。

渐进成形技术又称为无模成形技术，它是根据工件形状的凡何信息，在数控设备上控制成形工具头沿特定轨迹对板料进行局部的塑性加工，使板料逐渐成形为所需工件。渐进成形不需要专用的模具，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的工件。对于多品种小批量产品具有较大的经济价值和广阔的发展前景。但是钣金零件在渐进成形过程中侧壁壁厚有减薄现象，且侧壁倾斜角度越大，壁厚减薄越严重,整体厚度分布遵从余弦定理，如图2所示。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种基于3D打印与渐进成形技术的变壁厚钣金零件加工方法与装置。

本发明的技术方案如下：

一种基于3D打印与渐进成形技术的变壁厚钣金零件加工装置，包括渐进成形夹头(1)、渐进成形工具头(2)、激光束(3)和粉末喷头(4)；粉末喷头(4)在板料上需要增加壁厚或者成形过程中易变薄的地方喷涂粉末，激光束(3)用于使粉末熔覆在板料表面，增加材料厚度，对于零件不减薄或者不需要增加壁厚的区域，则不做送粉操作；同时激光束(3)还用于对材料表面进行加热以利于塑性成形；渐进成形工具头经过加热区域，使材料成形。

所述的装置，渐进成形工具头(2)、激光束(3)和粉末喷头(4)按照同一运动轨迹运动；其中，激光束(3)和粉末喷头(4)同时运动，而渐进成形工具头(2)的运动则稍滞后一定时间，以便激光熔覆的粉末与板料母体相融合，同时，应在板料加热部分和熔覆的粉末温度较高的时候进行渐进成形。

所述的装置，激光束(3)的能量以可以使喷涂的粉末融化以及使板料表面与粉末结合的地方融化为宜，而不应使板料完全融化。

根据任一所述的装置的变壁厚钣金零件加工方法，包括以下步骤：

第1步：用渐进成形夹头(1)将板料装夹在渐进成形机床上；

第2步：对渐进成形工具头(2)、激光束(3)和粉末喷头(4)进行定位；

第3步：在数控设备上控制渐进成形工具头(2)、激光束(3)和粉末喷头(4)的运动，完成钣金件的渐进成形，粉末喷头4在板料上需要增加壁厚或者成形过程中易变薄的地方喷涂粉末，激光束(3)用于使粉末熔覆在板料表面，增加材料厚度，同时激光束(3)还用于对材料表面需要加热的部位进行局部加热以利于成形；随后，渐进成形工具头经过加热区域，使材料成形；

第4步：松开渐进成形夹头(1)，取出已成形的钣金件。

所述的方法，选择与零件材料相同或者不同的材料粉末进行喷涂。

所述的方法，控制粉末喷涂情况，在成形零件易变薄的侧壁时，喷涂粉末，而在成形零件不易变薄的区域时，则不喷涂粉末；还可以根据零件所要求的壁厚，控制粉末喷涂量。

所述的方法，粉末的喷涂厚度在1-2mm。

所述的方法，所述的渐进成形工具头(2)、激光束(3)和粉末喷头(4)的运动速度，以及渐进成形工具头(2)和激光束(3)、粉末喷头(4)的运动时间间隔应该根据加工零件的形状和材料进行相应的设定。

所述的方法，板料(5)厚度大于3mm，并在3-10mm之间。

本发明的有益效果是：本发明为一种结合激光同步送粉3D打印技术和渐进成形技术的变壁厚钣金部件加工方法与装置，根据实际生产要求，控制粉末喷头的粉末喷涂位置和粉末喷涂量，以改善钣金件在渐进成形中的壁厚减薄情况，满足零件的壁厚要求。同时，激光在熔覆粉末时，产生的热量会使附近的材料温度升高，降低材料的变形抗力，增加材料的成形中所能达到的变形程度，减少回弹，提高零件的成形精度。本发明方法简单可行，在航空、航天、汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。

附图说明

图1是基于3D打印与渐进成形技术的变壁厚钣金零件加工装置的结构示意图。

图2是钣金件渐进成形过程中的侧壁壁厚减薄示意图。

图3是激光对板料进行局部加热时板料的温度变化示意图。