专利名称：三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法
技术领域：
本发明涉及金属板材多点柔性滚压成形工艺领域，具体地，涉及一种三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法。
背景技术：
板材成形是现代制造业中一个重要的分支，被广泛应用在汽车、造船、航空航天、化工、城市建筑等诸多行业。汽车中75%的零件属于冲压件，采用模具加工的方式来生产，但对于新车型的试制以及一些消费者对汽车的个性化需求，就需要有针对性的单件或小批量的柔性成形方式。现代造船行业中，一般都是单艘或小批量生产，并且每艘船的每块船体外板的大小、形状都不一样，不适合采用传统的模具加工方式，需要柔性成形的方式进行加工。同样在航空航天行业，飞行器和运载火箭也是小批量生产模式，使得航空航天行业同样对柔性成形技术提出迫切的需求。目前，应用到板材成形的柔性成形技术有滚压成形、旋压成形、喷丸成形、水火弯板、单点渐进成形、多点成形、增量压弯成形、激光成形等。滚压成形、旋压成形、喷丸成形以及水火弯板成形工艺属于比较传统的柔性成形工艺，在实际生产中有着广泛的应用。滚压成形是通过轧辊工具加工板材，使板材产生连续局部弯曲变形从而实现三维构件的加工，常见的有三辊滚压和四辊滚压，但受轴向刚度影响，所加工板料的相应长度有所限制，另外，该工艺不能实现多向曲率构件的加工。旋压成形是一种用于加工回转体零件的连续局部成形工艺，该工艺只适用于回转体的成形。喷丸成形是利用高速弹丸流撞击金属板材的表面，使受撞击的表面及下层金属材料产生塑性变形而延伸，从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法，但该成形技术工艺参数的选择及变形的控制难于掌握，过于依赖经验，而且受喷表面质量粗糙，有残余应力分布。水火弯板成形利用金属板局部受高温冷却后产生局部热弹塑性收缩变形的原理，形成所需要的三维曲面，但该工艺也有依靠有经验的技术工人、劳动强度大、加工质量波动大的缺点。单点渐进成形、多点成形、增量压弯成形都属于累积变形成形工艺。其中单点渐进成形工艺是基于快速制造“分层制造”的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散化，分解成一系列二维层，并在二维层上对板材进行局部的塑性加工，该工艺的加工效率低，只适用于薄板加工。多点成形基于传统模具离散化的思想，由一系列规则排列、高度可调的基本体组成“柔性多点模具”来代替整体模具，通过“柔性多点模具”来实现板材的成形，但该工艺方式由于控制点数量较多，使得设备造价较高，而且对于复杂、精度要求较高的三维曲面件而言，它还具有一定的局限性。增量压弯成形是基于三点弯曲变形的原理由专用压力机驱动压头在整体壁板表面上按一定的轨迹分段逐点进行局部三点弯曲变形，最后使整个壁板表面成形为所需的外形，但该工艺生产效率低下、产品尺寸精度难以控制，并且依赖有经验的技术工人。激光成形是以激光作为热源对金属板材表面进行局部扫描，由于加热的不均匀性在热作用区内产生非均匀分布的热应力，当热应力超过材料相应温度下的屈服极限，就会在材料内部产生塑性变形，在冷却后形成残余应力和永久性弯曲变形，但该工艺的自动化要求高，加工工艺参数的确定困难，成形精度不好保证，而且易产生烧伤现象，影响工件表面质量。综上所述，面对日趋复杂和多样化的三维曲面件，柔性成形工艺的发展尤为重要，而现有的柔性成形工艺都存在一定的局限性，因此，新工艺新技术的提出就变得十分迫切。本专利就是在原有柔性成形工艺基础之上，通过对多种成形工艺的研究，综合多种成形工艺方式的优点，提出了一种金属板材多点柔性滚压成形方法。并且，经对现有文献检索，没有发现与本发明相同的三维曲面构件成形工艺方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低成本、高效率、高精度，能够突破构件纵向长度限制、实现多种曲率半径的三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法。根据本发明的一个方面，提供一种三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，包括以下步骤:第一步，将要求加工的构件形状展开成平板，确定加工原始板料的形状大小；第二步，根据构件加工形状要求按照工程经验公式确定成形道次数以及每道次的成形量；并参照经典回弹公式对板料的成形进行回弹补偿，确定各道次板料回弹之前的成
形量;第三步，通过已经设计好的每道次板料的成形量利用成形辊子外轮廓与加工板料相切的原理计算成形辊的理论位置，并通过加工装置的调形系统控制完成前3个道次的成形辊位姿的调整；第四步，将板料送入成形装置，上下成形辊咬合，使板料产生一定形状的变形，然后成形辊旋转，成形辊与板料之间产生摩擦力驱动板料沿着滚压方向前进，板料走出成形装置即完成了前3个道次的加工，之后进行辊位调节，使成形辊反转，实现板料的反向运动，完成后3个道次的成形，如此，以来回滚的方式，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。优选地，第二步中，以圆柱件为例，采用工程经验公式计算采用的各道次弯曲角度分配公式如下
权利要求
1.一种三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，将要求加工的构件形状展开成平板，确定加工原始板料的形状大小； 第二步，根据构件加工形状要求按照工程经验公式确定成形道次数以及每道次的成形量；并参照经典回弹公式对板料的成形进行回弹补偿，确定各道次板料回弹之前的成形量; 第三步，通过已经设计好的每道次板料的成形量利用成形辊子外轮廓与加工板料相切的原理计算成形辊的理论位置，并通过加工装置的调形系统控制完成前3个道次的成形辊位姿的调整； 第四步，将板料送入成形装置，上下成形辊咬合，使板料产生一定形状的变形，然后成形辊旋转，成形辊与板料之间产生摩擦力驱动板料沿着滚压方向前进，板料走出成形装置即完成了前3个道次的加工，之后进行辊位调节，使成形辊反转，实现板料的反向运动，完成后3个道次的成形，如此，以来回滚的方式，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。
2.根据权利要求1所述的三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，其特征在于，第二步中，以圆柱件为例，采用所述的工程经验公式计算采用的各道次弯曲角度分配公式如下:
3.根据权利要求2所述的三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，其特征在于，通过所述工程经验公式得到的各道次成形所对应的成形半径为: Ri=B/ 0 ” 其中: Ri为各道次成形半径； B为板料原始宽度。
4.根据权利要求1所述的三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，其特征在于，第二步中所述的经典回弹公式为:
5.根据权利要求1所述的三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，其特征在于，第三步中，成形辊的横向理论位置确定具体为: 成形辊在横向采用均匀排布的方式，横向每相邻3个成形辊的中心位置都呈三角形交错排布，对于横向距离比较长 的构件，采用将圆弧分成几段，一段段进行加工的方式。
全文摘要
本发明提供了一种三维曲面构件加工的多点柔性滚压成形方法，将要求加工的构件形状展开成平板，确定板料的形状大小；根据构件加工形状要求确定成形道次数以及各道次的成形量以及相应的进行回弹补偿后的成形量；计算成形辊的理论位置，并对前3个道次的成形辊的位姿进行调整；将板料送入成形装置，成形辊旋转，驱动板料沿着滚压方向前进，板料走出成形装置完成前3个道次的加工，再进行辊位调节，使成形辊反转，实现板料的反向运动，完成后3个道次的成形，如此，以来回滚的方式，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。本发明克服了现有柔性成形工艺的缺点，具有成本低、效率高、完成质量高的优点。
文档编号B21D5/06GK103111499SQ201210509219
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者于忠奇, 王皓, 来新民, 林忠钦, 孔庆帅 申请人:上海交通大学