一种基于多点模具的厚板空间曲面成形方法

摘要

一种基于多点模具的厚板空间曲面成形方法，其主要过程如下：压下规程确定、上料、下模具调形、粗压下、下模具调形、细压下、卸载、产品检测、下料；本发明的具体成形方法如下：对成形过程进行粗细压下规程的设计，提高了板材成形能力；粗压下规程设计为一个道次，具有尽可能大的变形量；细压下规程可以设计为多个道次，每道次变形量尽可能均匀分布或呈现递减分布趋势；成形过程设置了中间曲面，非传统意义上的一压一卸一测量模式，省去了每次卸载及以后的测量调形；成形结束后卸载与误差测量同步进行，且误差测量利用了力传感器与位移传感器，相比于激光或磁致测量，更加方便，效率更高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板料成形方法，尤其涉及厚板空间曲面成形方法。

背景技术

三维曲面板类件具有质量轻、材料省、受力状态好及造型流畅等特点，被 广泛应用于民用与军用领域。传统的金属板料加工方法主要是用模具在压力机 上进行冷冲压成形，其具有生产效率高、适用于大批量生产的优点。但随着市 场竞争的日趋激烈，产品的更新换代速度日益加速，原有的采用整体模具加工 板料的技术就表现出生产准备时间长、加工柔性差、模具费用大、制造成本高 等不足。为此，国内外众多学者致力于板料塑性成形新技术的研究，提出了多 点模具成形的概念，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。

目前，多点模具成形装置有多种，其中具有代表性的有方形压头可调活络 模具板材曲面成形装置，其专利号为ZL200910014794.6。针对此装置，为了更 好的成形，控制回弹，提出了快速逐步逼近弯曲成形法，此法为典型的一压一 卸一测量模式，它主要的缺点在于：每次进行冷压后都要重复进行卸载测量的 步骤，过程繁琐；加之对于厚板的三维成形，其变形量往往超过了设备变形能 力，一次成形很难达到目标形状。

发明内容

本发明目的在于提供一种加工过程简单、一次成形即可达到目标形状的基 于多点模具的厚板空间曲面成形方法。本发明的方法主要是：成形开始前利用 回弹量预测模块进行粗压下、细压下的最优压下规程设计，省略中间卸载测量 过程实现连续冷压成形，并在成形结束时利用上模具压头上的压力传感器、位 移传感器对产品误差进行检测。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

本发明所述的一种基于多点模具的厚板空间曲面成形方法，主要包括以下 过程：压下规程确定、上料、下模具调形、粗压下、下模具调形、细压下、卸 载、产品检测、下料；

本发明所述的一种基于多点模具的厚板空间曲面成形方法，具体包含以下 步骤：

(1)加工前确定目标曲面的目标形状、目标曲率半径、尺寸、最大允许误 差等特点，选用合适的板材原料；

(2)根据(1)所述，利用回弹量预测模块确定最优的粗细压下规程，其 设计过程如下：根据(1)所述，将粗冷压下规程设计为一个道次，粗冷压下所 需成形曲面为第1中间曲面，其曲率半径为R1，其中R1与目标曲率半径R之间 关系为R＝(0.9～0.95)R1；将细冷压下规程设计为多个道次，细冷压下所需成形 曲面总称为第2中间曲面，其曲率半径总称为R2，根据道次不同，其对应的曲 面为第2-N中间曲面，相应的曲率半径为R2-N(N为所需道次数)，其中R2-N与 目标曲率半径R之间关系为R＝(0.95～1.1)R2-N；且R2-N随着道次数的增加呈现 均匀分布或呈现递减分布趋势；所述的回弹量预测模块为以力学理论为基础， 用平衡微分方程、本构方程等建立数学模型，再将其编程后制作成集成块，利 用此集成块可以得到不同形状，不同曲率下的回弹分布情况，进而用于粗细压 下规程设计，以便得到一次成形结束后误差在最大允许误差范围内的产品。

(3)将未加工板材置于成形区域恰当位置；

(4)进行粗冷压下调形，上模不变，将下模调形至第1中间曲面，其曲率 半径R1与目标曲率半径R之间关系为R＝(0.9～0.95)R1；

(5)调形结束后，下模保持不动，上模在压力机作用下向下运动，且随下 模形状而动直至上下模彻底合模，实现板材粗冷压成形；

(6)进行细冷压下调形，保持上模形状不变，该细冷压下所需成形曲面总 称为第2中间曲面，其曲率半径总称为R2，根据道次不同，其对应的曲面为第 2-N中间曲面，相应的曲率半径为R2-N(N为所需道次数)，于是下模调形成第 2-1中间曲面，曲率半径为R2-1，调形结束后，将上下模合模，对板材进行细 压下第一道次成形；继续保持上模形状不变，下模调形成第2-2中间曲面，曲 率半径为R2-2，调形结束后，将上下模合模，对板材进行细压下第二道次成形； 以此类推，继续保持上模形状不变，下模调形成第2-N中间曲面，曲率半径为 R2-N，调形结束后，将上下模合模，对板材进行细压下第N道次成形；并且R2-N 与目标曲率半径R之间关系为R＝(0.95～1.1)R2-N，其随着道次数的增加呈现均 匀分布或呈现递减分布趋势。

(7)细冷压下成形结束后，对已加工板材进行卸载及产品误差检测，其过 程为：上模具的每个压头上都装有力传感器与位移传感器，成形结束后，开始 启动力传感器和位移传感器，使上模缓慢向上运动并与已加工板材保持接触， 至上模压头上力传感器显示为F时记录相应位移传感器的数据并将其反馈给控 制中心，即得到产品最终的回弹量，其中F为依据所需测量精度设置的一极小 值(可设置为0.05～0.5)，将回弹量的最大值与最大允许误差进行对比，若误差 在允许范围内则成形结束，反之控制中心发出不合格信号，并对不合格产品再 次进行粗细压下规程设计，根据误差修正模具曲面形状，重新确定下模的各中 间曲面形状，进行粗细压下，直至合格；

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、提出了一种新的多点模具成型方法，对成形过程进行粗细压下规程的设 计，有利于提高板材成形能力，更有利于板材成形效果；

2、粗压下规程设计为一个道次，具有尽可能大的变形量；

3、细压下规程可以设计为多个道次，每道次变形量尽可能均匀分布或呈现 递减分布趋势；

4、成形过程设置了中间曲面，非传统意义上的一压一卸一测量模式，省去 了每次卸载及以后的测量，提高生产效率，节省生产成本；

5、成形方法中设计了回弹量预测模块，为粗细压下规程设计提供了依据；

6、在上模具的每个压头上都装有力传感器与位移传感器，成形结束后卸载 与误差测量同步进行，且误差测量利用了力传感器与位移传感器，相比于激光 或磁致测量，更加方便，效率更高。

附图说明

图1为本发明所使用的多点模具装置示意简图。

图2为本发明的工艺过程流程图。

图3为本发明中回弹量预测模块的工作原理流程图。

图4为本发明中间曲面示意简图。

图中：1-上加载机构；2-上可调模具；3-未加工板材；4-下可调模具；5-下 加载机构，6-第一中间曲面；7-第二中间曲面；8-已加工板材。

具体实施方式

在图1所示的本发明所使用的多点模具装置示意简图中，多点模具装置中 上、下可调模具2、4安装在上、下加载机构1、5中，上、下可调模具至少有 一组可在加载机构驱动下上下移动，在上下可调模具之间放置未加工板材3。并 且上模具的每个压头上都装有力传感器与位移传感器

本发明所述的一种基于多点模具的厚板空间曲面成形方法，结合图1、图2、 图3、图4做进一步说明，具体生产操作如下：

(1)加工前确定目标曲面的目标形状、目标曲率半径、尺寸、最大允许误差等 特点，选用合适的板材原料，此处选用材料为Q345尺寸为1000×1000×25的板 料为原料，成形目标曲率半径R＝1000的球面件为例进行说明，最大允许误差为 2.0；

(2)根据(1)所述，利用回弹量预测模块确定最优的粗细压下规程，其 设计过程如下：根据回弹量预测模块所得回弹规律，将粗冷压下规程设计为一 个道次，粗冷压下所需成形曲面为第1中间曲面，其曲率半径为R1＝1100；将细 冷压下规程设计为4个道次，细冷压下所需成形曲面总称为第2中间曲面，其 曲率半径总称为R2，根据道次不同，其对应的曲面为第2-N中间曲面，相应的 曲率半径为R2-N(此处N＝4)，其中R2-1＝1050，R2-2＝1025，R2-3＝1000，R2-4＝980；

(3)将未加工板材置于成形区域恰当位置；

(4)进行粗冷压下调形，上模不变，将下模调形至第1中间曲面，其曲率 半径R1＝1100；

(5)调形结束后，下模保持不动，上模在压力机作用下向下运动，且随下 模形状而动直至上下模彻底合模，实现板材粗冷压成形；

(6)进行细冷压下调形，保持上模形状不变，该细冷压下所需成形曲面总 称为第2中间曲面，其曲率半径总称为R2，根据道次不同，其对应的曲面为第 2-N中间曲面，相应的曲率半径为R2-N(此处N＝4)，于是下模调形成第2-1中间 曲面，曲率半径为R2-1＝1050，调形结束后，将上下模合模，对板材进行细压下 第一道次成形；继续保持上模形状不变，下模调形成第2-2中间曲面，曲率半 径为R2-2＝1025，调形结束后，将上下模合模，对板材进行细压下第二道次成形； 继续保持上模形状不变，下模调形成第2-3中间曲面，曲率半径为R2-3＝1000， 调形结束后，将上下模合模，对板材进行细压下第三道次成形；继续保持上模 形状不变，下模调形成第2-4中间曲面，曲率半径为R2-3＝980，调形结束后， 将上下模合模，对板材进行细压下第四道次成形；

(7)细冷压下成形结束后，对已加工板材进行卸载及产品误差检测，其过程为： 成形结束后，开始启动力传感器和位移传感器，使上模缓慢向上运动并与已加 工板材保持接触，至上模压头上力传感器显示为F＝0.1时我们认为板材回弹已结 束，此时记录相应位移传感器的数据得到产品最终的回弹量，筛选得到回弹量 最大值e_max＝1.8，并将其与最大允许误差进行对比得到e_max<2，则误差在允许范 围内则成形结束。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员 对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定 的保护范围内。