数控渐进成形自动放样和工艺补充面的研究

摘要

长期以来，传统金属板料成形加工工艺，如冲压，需要预先设计制造模具，而模具设计周期较长，成本较高，缺乏柔性，产品变化时就需要重新设计制造模具。然而，随着客户需求的变化，对单件、小批量钣金零件的需求日益增长，传统板料成形工艺难以完全符合这些要求。上世纪90年代，日本学者提出了金属板料数控渐进成形技术，满足了这方面的需求。该技术借助“分层制造”的思想，将数控铣床上的铣刀换成成形工具头，使其在数控系统的控制下按照预定轨迹运动，将零件逐层成形。此技术能够在无模具的情况下生产出形状极为复杂的钣金零件。但是，渐进成形制件的减薄率非常高，严重时会导致局部的破裂，因此，如何预测破裂的发生并提出相应的避免方法，对该技术的发展意义重大。
　　在以往的研究成果中，对渐进成形技术的成形极限性能进行过较为深入的研究。但是，在很多情况下，制件上的某些几何特征决定了其变形超过材料的成形极限，对此问题，目前尚无相关研究。借鉴冲压中调整冲压方向的方法，调整渐进成形制件的空间摆放姿态，是一种简单易行的方法，不仅可以使避免破裂成为可能，还能尽可能减小制件的减薄，提高制件的使用性能。
　　针对以上问题，本文的主要研究内容如下：
　　（1）基于UG二次开发基础之上，制作一个简易模块。在UG环境下，对零件模型进行处理，获取零件上点的法矢信息，把这些矢量放入单位圆中，再向XY平面投影，对投影点分析和计算，最后得到零件的最佳放样面。
　　（2）在零件放样面确定的基础之上，结合冲压工艺补充面的方法，首次提出一套适合于数控渐进成形工艺补充面的方法，以及工艺补充过程中需要注意的问题。
　　（3）利用数控渐进成形的正成形技术，获取复杂零件的放样面姿态和设计该零件的工艺补充面。通过分析试验结果，来验证以上理论的正确性。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 金属板材无模成形技术

1.2 数控渐进成形技术介绍

1.3 论文选题依据

1.4 本文研究内容

第二章 UG二次开发基础

2.1 UG的特点

2.2 UG/Open的相关模块

2.3 UG/Open API的基础知识

2.4 在VC环境下开发UG应用程序

2.5 应用程序的用户界面技术

2.6 本章小结

第三章 数控渐进成形自动放样研究

3.1 数控渐进成形自动放样技术路线

3.2 数控渐进成形的放样面的确定

3.3 零件信息的读取

3.4 法向矢量向XY平面的投影方法

3.5 最小包络圆

3.6 矢量旋转

3.7 矢量迭代算法优化

3.8 模块应用

3.9 本章小结

第四章 渐进成形的工艺补充面的构建方法

4.1 工艺补充面的作用

4.2 工艺补充面原则

4.3 数控渐进成形的工艺补充面

4.4 程序生成

4.5 冲压与数控渐进成形的区别

4.6 本章小结

第五章 放样面和工艺补充面在实际样品试件中的应用

5.1 试验方案

5.2 试验结果

5.3 本章小结

第六章 总结

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文