金属板料单点渐进成形自适应螺旋线轨迹生成研究

等高线成形轨迹是现行板料渐进成形的主要加工方式。针对等高线成形方式易产生局部凹陷或破裂等问题,提出了一种基于STereo Lithography(STL)三角面片法向矢量的自适应螺旋线轨迹的生成算法。利用顶点偏置法偏置STL三角面片模型,对偏置后的模型采用自适应分层算法求取分层面与模型的交点,得到与XY平面平行的系列轮廓线,并将各层轮廓线离散成等数点,再对相邻轮廓上点的插值得到自适应螺旋线轨迹。算法实例表明,螺旋线成形轨迹能缩短成形时间,可避免等高线成形中刀位点集中造成的质量缺陷等问题。此外,双成角成形件不同区域表面粗糙度的一致性,说明自适应螺旋线轨迹在变成形角成形件上能避免等高线成形件表面粗糙度的多样性,在统一变成形角成形件表面粗糙上具有广阔的运用前景。     

复杂钣金零件渐进成形方法

以复杂钣金零件－人面部模型零件为例,论述基于UG软件的建模及建模过程中应注意的问题、支撑模型的制作及其加工代码的生成、适用于渐进成形正成形过程的加工代码生成处理过程,给出加工代码的详细信息,成功加工出质量较高的人面部模型。人面部模型渐进成形试验结果表明,利用渐进成形正成形方法可以成形出形状复杂的钣金零件,生产小批量复杂零件可以节省时间与费用;UG生成的三轴数控加工代码需要通过处理才能应用于渐进成形正成形过程;复杂钣金件渐进成形过程中定位精度非常重要,定位精度高的零件厚度分布符合 的规律,并可以成功成形出设计的零件,定位精度误差较大时零件厚度分布不均匀,成形工具头与板 料的过度挤压侧板料厚度变薄急剧从而引起零件的过早破裂。     

基于倾斜轨迹的数控渐进成形厚度均匀化方法

为解决数控渐进成形中成形件厚度不均匀的问题,提出一种基于倾斜轨迹的成形件厚度均匀化方法。该方法采用与水平面成一定角度的倾斜轨迹,使板料姿态在数控渐进成形过程中不断得到调整,进而调整曲面各处的成形角,使曲面各处成形角差异减小,避免成形角过大的曲面因减薄过大而破裂,同时达到成形件厚度均匀化的目的。运用遗传算法,通过优化用来生成倾斜轨迹的模型切割面姿态,进而生成能够使曲面各处成形角差异最小的最佳倾斜轨迹。基于水平轨迹和倾斜轨迹的数控渐进成形数字模拟分析和成形实验结果表明,该方法能使数控渐进成形件厚度差减小且成形件厚度均匀化。     

铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究

对薄壁复杂构件进行数控单点渐进成形时,板料易发生破裂、起皱等缺陷,且材料变形机制演化复杂,对加载条件极为敏感,使得板料在数控单点渐进成形时的破裂预测和控制变得极难。为此,选取1060铝板作为研究材料,通过试验研究了数控单点渐进成形技术中板料的成形性能,以实现对破裂的预测和控制。利用拓印法将制件的空间变形问题转化为平面变形问题,采用数码显微镜对拓印的制件网格数据进行测量和提取,选用插值法和多项式拟合法对数据进行拟合处理,最终得到了1060铝板料在数控单点渐进成形技术下的成形极限曲线(FLC)。通过对FLC进行分析研究,得到了制件破裂区和安全区域的应变分布,实现了制件破裂的预测和控制。为进一步提高1060铝板的成形极限,将超声振动引入到单点渐进成形中,通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的FLC和传统渐进成形的FLC,试验结果表明:当振动功率为120 W、振动频率为25 kHz时,1060铝板料的成形极限提高了11%。     

走刀轨迹对双面渐进成形几何精度的影响

在单点渐进成形(single point incremental forming,简称SPIF)加工过程中,成形刀具与夹具间的板料因得不到有效支承而发生翘曲,卸载后板料易回弹,影响制件的成形几何精度;因此,提出了2种新型双面渐进成形(double sided incremental forming,简称DSIF)走刀轨迹,分析了2种轨迹下板料单元的应力和应变状态,并借助有限元分析软件模拟了板料的成形过程,进一步比较了不同走刀轨迹下制件的成形几何精度。仿真数据表明,与单点渐进成形相比,这2种双面渐进成形走刀轨迹能有效改善制件的成形几何精度。     

螺旋刀具轨迹规划的水平集方法

提出了一种新的螺旋线刀具轨迹生成方法。运用水平集边界推进技术，以型腔边界作为初始零水平集，通过求解水平集方程得到一系列等距线；同时运用曲率流技术平滑等距线的高曲率交点，避免高速加工过程中的刀具损伤。最后，使用相邻等距线的对角线来生成螺旋线刀具轨迹。该方法能够生成连续平滑的加工轨迹，适用于平面型腔的高速切削加工。     

[成形质量的闭环与自适应控制技术]具有开放几何特征钣金件渐进成形的回弹控制与补偿

实现了具有开放几何特征钣金件的渐进成形。提出采用工艺参数优化、多道次渐进成形和轨迹补偿等方法提高钣金件的几何精度。设计了多道次渐进成形方法的中间构型,目的在于增大材料塑性变形并减小几何偏差。采用层切法轮廓轨迹形成两道次成形中第一道次的构型,为了防止第一道次成形时出现破裂,将非固定方向的成形角度设定为75°,第二道次将非固定方向的板料完全成形。采用基于几何补偿的两道次渐进成形方法可以将开放几何特征钣金件的几何偏差控制在0.5 mm左右。     

具有开放几何特征钣金件渐进成形的回弹控制与补偿

实现了具有开放几何特征钣金件的渐进成形。提出采用工艺参数优化、多道次渐进成形和轨迹补偿等方法提高钣金件的几何精度。设计了多道次渐进成形方法的中间构型,目的在于增大材料塑性变形并减小几何偏差。采用层切法轮廓轨迹形成两道次成形中第一道次的构型,为了防止第一道次成形时出现破裂,将非固定方向的成形角度设定为75°,第二道次将非固定方向的板料完全成形。采用基于几何补偿的两道次渐进成形方法可以将开放几何特征钣金件的几何偏差控制在0.5 mm左右。     

渐进成型与冲压成型圆形件成形性能的研究

渐进成型技术作为一种无需专用模具的柔性加工工艺,通过CAD模型控制成形工具头在板料上运行一定轨迹,可以加工出用常规手段方法不易成形的复杂曲面造型的产品。本文分别采用传统冲压成形方法和渐进成形方法加工高度、直径等工艺参数均相同的圆形零件,对比两种成形方法得到的圆形制件的成形区的应变变化,得出渐进成形工艺具有比传统冲压成形方法更高的成形极限。     

基于主成分回归法的Johnson-Cook损伤准则的渐进成形破裂预测

板材加工过程中时常会产生裂痕甚至破裂，为了能够更加精确地预测出板料成形时破裂的高度，以Johnson-Cook损伤准则为标准，采用主成分分析法，通过正交实验的方法测量破裂数据，使用SPSS和MALTAB数据分析软件具体诠释了刀具直径、层间距、成形角、板料厚度、成形高度和制件尺寸这6个工艺参数对破裂的影响，构建出渐进成形板材破裂预测线性回归方程。结果表明：基于16个工作件的实测数据建立的主成分回归模型，预测得出两试验件板材破裂高度分别为-10.753 0 mm和-10.815 0 mm，与实际破裂高度误差仅为3.84%和6.14%。由此可见，板材破裂模型具有一定的可行性和准确性，可以更好地预测板料破裂高度，尽可能地防止成形缺陷。     

三轴与五轴数控渐进复合成形轨迹规划

综合考虑挤压工具对待成形件曲面的可接近性和数控渐进成形效率,提出了三轴与五轴数控渐进复合成形策略及其成形轨迹规划方法。通过识别待成形件STL模型的三角面片各边的凸凹性,以三轴数控渐进成形挤压工具对模型各曲面的可接近性,将模型曲面划分出三轴数控渐进成形与五轴数控渐进成形加工的区域,进而对成形轨迹进行分区规划并在相应的曲面分区内分别生成出三轴数控渐进成形和五轴数控渐进成形加工轨迹。算法应用实例表明,该方法能够实现三轴与五轴数控渐进复合成形所需曲面分区及其成形轨迹规划与生成。     

方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究

成形精度低是制约金属板料渐进成形技术推广应用的重要因素。通过对方锥形渐进成形制件的精度测量发现,制件拐角处和高度方向尺寸精确,而侧壁处产生鼓凸,侧壁中心位置鼓凸高度最大。针对方锥形渐进成形制件的侧壁鼓凸问题,提出了一种变形求解方法,并将求解结果与实际测量结果进行对比,发现结果基本吻合。根据构建的侧壁形面模型,建立了方锥形渐进成形制件的补偿工艺,试验证明该工艺可以显著提高方锥形渐进成形制件的尺寸精度。     

板料数字化渐进成形技术初探

金属板料数字化渐进成形技术是目前国际上刚刚兴起的一种柔性制造技术。把CAD㈨技术、数控技术和金属塑性成形技术结合起来,设计一种专用数控设备。通过该数控设备进行了铝材的渐进成形,成功地成形了一些异形制件。实验表明,采用数字化渐进成形技术还可以提高材料的成形极限。     

基于UG二次开发的数控渐进成形轨迹优化

渐进成形零件的表面质量与压头轨迹紧密相关,目前的轨迹生成软件不能有效地控制表面质量,零件无法定量满足表面质量要求.提出了一种新的通过控制压头轨迹来控制渐进成形零件表面质量的方法.利用UG二次开发编程,实现对压头轨迹的优化,该方法得到的轨迹能够保持零件残余波峰不大于设定值.     

快速成形技术中基于切片轮廓信息的自适应分层算法

快速成形的成形精度和速度往往是一对矛盾体 ,自适应分层方法是解决这一矛盾很好的方法之一。本文通过分析和比较切片轮廓信息 ,提出了一种简单而实用的适用于STL及PIC文件格式的自适应分层方法 ,并介绍了该自适应分层的算法。该方法在保证制件成形精度的前提下能极大地提高制件的成形速度     

聚合物板料热辅助单点渐进成形方法

聚合物广泛应用于汽车、航空、医疗等领域,传统的聚合物加工方法只适用于产品的大批量生产,并不适用于产品的柔性化定制。常温条件下单点渐进成形方法难以满足聚合物板料复杂形状高成形性要求,为了实现聚合物的小批量、柔性化制造,得到成形精度、表面质量更好的产品,开发了桌面级热辅助单点渐进成形设备,首次提出了聚合物热辅助渐进成形方法。针对四种不同的高分子聚合物:聚碳酸酯(Polycarbonate,PC),聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK),聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA),聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC),通过螺旋刀具轨迹成形出金字塔形状,并对成形过程中的温度、成形力、几何精度及表面质量进行了分析。结果表明,热辅助渐进成形方法提高了聚合物板料的成形性,适用于个性化定制,柔性化成形聚合物板料零件。     

金属板材数控单点渐进成形加工轨迹优化研究

提出一种对金属板材数控单点渐进成形的加工轨迹优化及成形压头压入点沿工件轮廓均布处理的方法。解决了工件局部的凹陷与破裂问题，提高了板料数控渐进成形的质量。     

数控渐进成形不等层间距等高线轨迹生成

考虑数控渐进成形中层间距对成形质量的影响,提出了一种基于等残余高度的、并对成形角不同曲面区域生成不等层间距的等高线轨迹生成方法。首先生成等残余高度的等高线轨迹,然后在大成形角、大层间距区域中插入等高线来优化层间距。最终生成能满足等残余高度要求、并能通过减小成形力来减小反弹变形的轨迹。数值模拟分析与试验结果表明,该方法生成的不等层间距成形轨迹与等残余高度轨迹相比,成形件所受的等效应变均匀性好,成形件轮廓精度高,能够获得较好的工艺质量。     

圆锥形渐进成形制件成形精度研究

成形精度差是金属板料渐进成形工艺的重要缺陷。针对渐进成形精度评价问题,提出位移误差评价法,即通过确定测量方向上的变形位移来衡量其成形精度。利用误差位移法对一组圆锥形成形制件进行研究,提出渐进成形过程中金属板料回弹和成形工具系统刚度是影响成形制件精度的主要因素。且成形过程中制件成形角一定,回弹一定,成形角变化,回弹变化,回弹量与成形角呈非线性关系。在此基础上,提出提高制件成形精度的解决方案:增加成形工具系统刚度。试验证明补偿回弹和成形工具系统刚度不足引起的尺寸偏差,或者增加成形工具系统刚度,都可显著提高渐进成形制件精度。     

金属板料渐进成形中大成形角制件厚度优化关键技术研究

利用金属板料渐进成形技术成形钣金制件时,当制件的成形角偏大,或者接近90°成形角时,成形后制件的壁厚会局部过度减薄或起皱,甚至产生鼓包或回弹。借鉴级进模中相邻工位间设置切口的形式,可以有效补充成形过程中金属的流动,从而优化厚度。通过实验得知,不同的切口样式对于制件的壁厚优化效果不同,对切口本身的变形流动的影响也不同,要使切口充分参与大成形角制件的厚度补偿过程,就要优化切口方案,从而得到均匀的切口和制件。