[发明专利]一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法

说明书

本发明公开了一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，属于板料数控渐进成形领域，包括以下步骤：根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变ε_m，建立网孔变形量预测模型；根据网孔变形量预测模型，设计工件初始网孔。本发明是提供一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，可使工件在成形后的网孔形状以及尺寸符合工件使用要求。

技术领域

本发明涉及一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，属于板料数控渐进成形领域。

背景技术

板料渐进成形(Incremental Sheet Forming，ISF)是上世纪60年代由美国的Leszak提出的一种无模柔性成形技术，90年代由日本的松原茂夫等对该技术进行了进一步研究，逐渐引起了各国学者的重视。渐进成形技术是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进制造技术，它采用快速原型制造技术“分层制造”的思想，将三维模型离散成为系列二维轮廓形状，通过局部塑性成形积累而获得零件整体形状的一种柔性无模成形技术，具有高柔性、低成本、高效率等特点，所需的成形力小，设备能耗低、振动小、噪声低，属于绿色加工，同时可以大幅度提高板材的成形极限，是近年来发展迅速的一种先进板材成形技术。

由于渐进成形其特殊的加工方式，成形工具头在成形力的作用下对原始板料进行变薄拉延，成形区域的材料在工具头的作用下沿着工件轴向作剪切流动，板料厚度会减薄，研究表明，渐进成形中减薄规律遵循余弦定理δ＝δ₀cosθ(其中δ₀为板材的原始厚度，θ为渐进成形角，δ为成形后成形角θ位置的理论厚度)，板料厚度在成形过程中会随着渐进成形角θ的变化而变化，因板料在成形时遵循体积不变原则，所以网孔板的网孔尺寸在成形时也会随着渐进成形角θ的改变而改变。

目前，谭富星等提出了圆形孔的网孔板渐进成形研究，由于渐进成形中网孔所受的轴向力远大于切向力，导致在渐进成形过程中初始的圆形孔会逐渐变成椭圆孔，且实验表明，椭圆孔的长轴会因较大的轴向力而远大于初始圆形网孔的直径，而短轴由于其较小的切向力在成形后只略大于初始圆形网孔的直径。前述研究没有考虑渐进成形中网孔的变形情况，导致在加工件在成形后出现网孔形状、尺寸偏差。在实际应用加工中，如金属网孔板通过渐进成形制作成颅骨修复体时，由于圆孔在渐进成形后变为不规则的椭圆孔，会导致人体组织在修复体上附着生长会存在不均匀情况，直接影响了病患部位的组织修复及生长，增加了患者痛苦。

发明内容

本发明是提供一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，可使工件在成形后的网孔形状以及尺寸符合工件使用要求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变ε_m，建立网孔变形量预测模型；根据网孔变形量预测模型，设计工件初始网孔。

进一步地，所述网孔板工件的渐进成形主方向利用STL文件格式中三角面片外法矢量进行确定。

进一步地，所述网孔板工件的加工轨迹的确定包括以下步骤：根据网孔板工件成形主方向，将板材的力学性能以及加工参数生成NC代码，由所述NC代码确定网孔板工件的加工轨迹。

进一步地，所述网孔板成形力的确定包括以下步骤：选择相同材质的网孔板，按照网孔板工件的成形主方向和加工轨迹进行渐进成形；由网孔板下方的测力仪测得网孔板料在成形过程中各个位置的成形力P。

进一步地，所述板料成形的主应变ε_m由公式(1)计算得到：

其中，μ为板料与工具头表面的摩擦系数，θ为渐进成形角，E为板材的弹性模量，P为成形力，S为工具头与板料接触投影于竖直方向的面积，r₁为被加工板料的中性层处的接触区域半径，h为板料厚度，Δh为层进给量，r为工具球头半径。