一种非轴对称阶梯特征成型件的单点渐进成形工艺

摘要

本发明涉及一种非轴对称阶梯特征成型件的单点渐进成形工艺，将平面的钣金件悬空夹持住，使用工具头通过多道次的工序将钣金件加工为成型件，成型件中阶梯斜面的成形顺序先于阶梯平面的成形。与现有技术相比，其优点是利用简单的单点渐进成形设备，一次装夹，成形具有非轴对称悬空阶梯形特征的钣金件。无需采用特制的双点渐进成形设备，也不需要专门制作支撑模，即可实现复杂形状钣金件的渐近成形。本发明结合多道次成形和工艺路径补偿，合理地控制金属板料的流动，减少不同部位之间的相互影响，成形出满足几何精度要求的成型件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械工程领域，尤其是涉及一种非轴对称阶梯特征成型件的单点渐进成形工艺。

背景技术

单点渐进热成形开发周期短，成本低，在小批量生产时可替代传统冲压成形，多道次成形为单点渐近成形带来更多的发展。Malhotra等人在文献“Anew methodology formulti-pass single point incremental forming with mixed toolpaths(CIRP Annals-Manufacturing Technology,2011,60(1):323-326.)”提出了由内向外和由外向内结合的多道次成形工艺，提高了零件的成形极限和成形精度。Behera等人在文献“Tool pathcompensation strategies for single point incremental sheet forming usingmultivariate adaptive regression splines(Computer-Aided Design,2013,45(3):575-590.)”采用多元自适应样条回归(MARS)预测零件的成形误差，并基于MARS预测的误差与理论模型，进行补偿生成优化的工艺路径，提高锥形件的成形精度。上述单点渐进成形方法仅是提高轴对称锥形件的成形精度，并未涉及含有非轴对称特征的复杂零件的成形，而在汽车和航空航天等领域，大量的钣金件具有非轴对称几何特征，因此有必要研究具有非轴对称几何特征的渐进成形。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非轴对称阶梯特征钣金件的单点渐进成形工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种非轴对称阶梯特征成型件的单点渐进成形工艺，将平面的钣金件悬空夹持住，使用工具头通过多道次的工序将钣金件加工为成型件，成型件中阶梯斜面的成形顺序先于阶梯平面的成形。

进一步地，具体步骤为：

s1.钣金件经过第一道次形成下凹形状，该下凹形状包括依次连接的成型件斜面、成型件底板、第一阶梯斜面和第二阶梯斜面；

s2.钣金件经过第二道次，第一阶梯斜面和第二阶梯斜面的连接处形成阶梯平面；

s3.钣金件经过第三道次，进一步加工阶梯平面和第二阶梯斜面加工形成具有非轴对称阶梯特征的成型件。

进一步地，进行第一道次时，形成的第一阶梯斜面设有角度补偿，即第一道次后的第一阶梯斜面和成型件底板的夹角小于最终成型件的第一阶梯斜面和成型件底板的夹角。

进一步地，所述的角度补偿为1～5度。

进一步地，第一道次后，第一阶梯斜面和第二阶梯斜面的连接处的高度高于最终成型件的阶梯平面的高度。

进一步地，第一阶梯斜面和第二阶梯斜面的连接处高度和最终成型件的阶梯平面的高度差为2～4mm。

进一步地，进行第三道次时，对阶梯平面的加工高度设有高度补偿，即工具头的加工高度高于最终成型件的阶梯平面的高度。

进一步地，所述的高度补偿为0.1～0.75mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明使用单点渐进热成形的加工方法，仅需普通的单点渐进成形设备即可成形非轴对称悬空阶梯形的成型件，无需昂贵的双点渐近成形设备和支撑模，缩短了复杂零件的生产周期，降低生产成本。

2、本发明在单点渐进成形装备和无支撑模条件下，通过一次装夹实现多道次成形，使阶梯斜面成形顺序先于平面成形，避免了一次成形的加工工艺中，阶梯斜面和平面互相影响产生偏差的问题，能够使成型件的阶梯平面在无支撑模条件下保持水平。

3、本发明通过工艺路径补偿，设置第一阶梯斜面的角度补偿和第三道次中阶梯平面的加工高度补偿，在加工过程中合理地控制金属板料的流动，减少不同部位之间的相互影响，提高成型件的几何精度。

4、本发明的第二道次和第三道次只对第二阶梯斜面进行加工，避免了对阶梯平面和第一阶梯斜面二次成形，同时避免了因二次成形造成表面质量差和材料堆积问题，进一步提高了成型件的精度。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的主视结构示意图。

附图标记：1、成型件斜面，2、成型件底板3、第一阶梯斜面，4、第二阶梯斜面，5、阶梯平面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种非轴对称阶梯特征成型件的单点渐进成形工艺。将平面的钣金件悬空夹持住，使用工具头通过多道次的工序将钣金件加工为成型件，并且合理设计每道次的加工轨迹，使得成型件中阶梯斜面3、4的成形顺序先于阶梯平面5的成形。本实施例是将一块平面的铝合金钣件，采用多道次成形和工艺路径补偿相结合的渐近成形工艺，加工成一个具有非轴对称悬空阶梯形特征的成型件，成型件的尺寸为120mm×120mm×40mm，其阶梯特征的深度为20mm。

第一步：钣金件经过第一道次形成下凹形状，该下凹形状包括依次连接的成型件斜面1、成型件底板2、第一阶梯斜面3和第二阶梯斜面4。成型件斜面1和成型件底板2延长线的夹角为50度。第一道次后，第一阶梯斜面3和第二阶梯斜面4连接处有明显的角度过渡，角度差一般大于20度，后续只针对上部分的第二阶梯斜面4进行加工，减少成形中阶梯部分处的互相影响。

第一道次后，第一阶梯斜面3和第二阶梯斜面4的连接处的高度高于最终成型件的阶梯平面5的高度，该高度差设置为2.5mm。同时，第一阶梯斜面3和该处成型件最终状态设有角度补偿，即第一道次后的第一阶梯斜面3和成型件底面2的夹角小于最终成型件的第一阶梯斜面3和成型件底面2的夹角，本实施例中角度补偿为2度。其原因为：由于第一阶梯斜面3和第二阶梯斜面4连接处是整个零件的弱刚度区域，在无支撑模的后续道次成形中，受到竖直方向的成形力易发生塌陷，使得成形后的阶梯平面低于原始阶梯平面5，同时，第一阶梯斜面3和成型件底面2的夹角小于最终成型件的第一阶梯斜面3和成型件底面2的夹角，为保证阶梯平面和阶梯侧面的尺寸精度，需设置高度差和角度补偿。

第二步：钣金件经过第二道次，第一阶梯斜面3和第二阶梯斜面4的连接处形成阶梯平面5。

第三步：钣金件经过第三道次，进一步加工阶梯平面5和第二阶梯斜面4加工形成成型件的最终阶梯形状。第二道次和第三道次都只对第二阶梯斜面4进行加工，避免第一阶梯斜面3的二次成形和阶梯平面5的平面成形，造成的材料堆积和表面质量差的结果。第三道次对阶梯平面5的下压力使阶梯平面5略微下降，为保证零件的尺寸精度，在第三道次中对阶梯平面5的加工高度设置一个较小的高度补偿，工具头的加工高度略微高于最终阶梯形状的阶梯平面5的高度，本实施例的高度补偿为0.5mm。

全部道次采用直径5mm的工具头，减少弱刚度区域的成形载荷，同时减少不同部位之间的相互影响，提高阶梯处的尺寸精度。

本发明仅需普通的单点渐进成形设备即可成形非轴对称悬空阶梯形成型件，无需昂贵的双点渐近成形设备和支撑模。此外，该工艺方案一次装夹，成形精度较高。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。