各成形区段的成形区（5)分成有效成形区（6)与成形过渡区（7)两部分，成形区（5) 的模具型面也相应地分成有效成形区（6)模具型面与成形过渡区（7)模具型面两部分；根 据第1成形区段至第N-I成形区段中的各成形区段的曲面S k，其中k = 1，2,…，N-1，确定各 成形区段的有效成形区（6)的模具型面形状；根据曲率均匀变化的原则确定各成形区段的 成形过渡区（7)的模具型面形状；首先，调整上模具（1)与下模具（2)的基本体单元（8)的 高度形成用于第1成形区段成形的上模具型面（9)与下模具型面（10)，对板料（3)的第1 成形区段进行对压成形；然后调整基本体单元（8)的高度形成用于下一成形区段成形的上 模具型面（9)与下模具型面（10)，将未变形的板料（3a)向前进给，以前一成形区段成形出 的成形过渡区成形曲面（14)及一段长度为（m-nOd的未变形板料（15)为坯料进行下一成 形区段的曲面成形，通过有效成形区（6)的成形获得有效成形区成形曲面（13)，随着逐段 成形的进行，形成逐段扩大的已成形的曲面（4a); 步骤四、根据最后成形区段，即第N成形区段的曲面&确定用于最后成形区段即第N成 形区段的板料成形的模具型面形状，调整上模具（1)与下模具（2)的基本体单元（8)高度， 构成用于第N成形区段成形的上模具型面（9)与下模具型面（10)，以第N-I成形区段的成 形过渡区成形曲面（14)及剩余部分的未变形板料作为坯料进行第N成形区段成形，完成大 型曲面成形件（4)的逐段成形过程。2.按照权利要求1所述的采用离散式模具的大型曲面逐段成形方法，其特征在于，步 骤三中，确定用于第1成形区段至第N-I成形区段板料成形的有效成形区（6)模具型面与 成形过渡区（7)模具型面的过程为： i. 确定待成形的曲面成形件（4)的第k成形区段目标曲面&在17平面投影面积最 大的投影方向，设定其为第k成形区段成形的冲压方向，使冲压方向与离散式模具基本体 单元⑶的高度方向即Z-坐标轴的方向一致，将曲面S 1^冲压方向定位，并确定曲面S1^ 方程 s(k) (X，y)，其中 k = 1，2,…，N-I ; ii. 有效成形区（6)的模具型面根据该成形区段曲面零件的目标曲面s(k)(x，y)确定， 使板料在有效成形区（6)内成形后获得该成形区段的最终曲面形状；有效成形区（6)的上 模具（1)与下模具（2)的第1至第Hi 1列基本体单元（8)的高度利用公式（2)计算：式中，4为上模具（1)的第i列第j行基本体单元（8)的高度方向坐标，< 为下模具 (2)的第i列第j行基本体单元（8)的高度方向坐标；r为基本体单元球冠的半径，t为曲 面零件的厚度；<为上模具⑴的第i列第j行基本体单元⑶与曲面s (k)(x，y)切点的 X-坐标，,<为上模具（1)的第i列第j行基本体单元（8)与曲面s(k) (X，y)切点的y-坐标， .<为下模具（2)的第i列第j行基本体单元（8)与曲面s(k)(x，y)切点的X-坐标，为下 模具⑵的第i列第j行基本体单元⑶与曲面s(k)(x，y)切点的y-坐标，由方程⑶求 解得到：式中，计算上模具（1)的基本体单元（8)与曲面s(k) (X，y)切点时，δ = 1，计算下模具 ⑵的基本体单元⑶与曲面s(k)(x，y)切点时，δ = -I ;Xi为基本体单元⑶的中心线在 X-方向的坐标，为基本体单元⑶的中心线在y-方向的坐标； iii. 成形过渡区（7)的模具型面基于曲率均匀变化的原则来进行设计，使板料在成形 过渡区（7)变形后获得的成形过渡区成形曲面（14)的曲率从有效成形区与成形过渡区边 界（11)到成形过渡区与未变形板料边界（12)均匀减小为零，确定成形过渡区（7)模具型 面形状的具体过程为： a.根据第k成形区段成形曲面方程s(k) (X，y)，确定处于有效成形区与成形过渡区边界 (11)上的系列点的y-方向曲率其中j = 1，2,…，η ;求解方程组（4)，计算出 第k成形区段的成形过渡区成形曲面（14)在（X^yj)处的Z-坐标Zi,其中i =11^+1，"'m, j = 1，2,…，η ;b.基于有序的空间数据点 Piij (Xi, y.j, Zi,.)，其中 i = ιι^+Ι，···，m ; j = 1，2, ···，η，进行三 次B样条曲面插值，得到由方程（5)表示的第k成形区段的成形过渡区成形曲面（14):其中，Bp，4(x)与\4(y)为三次B样条基函数；B样条曲面的控制点b p，q由方程组（6)确 定：C.成形过渡区（7)内的上模具（1)与下模具（2)的第mi+l至第m列基本体单元（8) 的高度利用公式（7)计算：其中，#为上模具（1)的第i列第j行基本体单元（8)的高度方向坐标，$为下模具 ⑵的第i列第j行基本体单元⑶的高度方向坐标，<为上模具⑴的第i列第j行基 本体单元⑶与曲面g(k)( x，y)切点的X-坐标，#为上模具（1)的第i列第j行基本体单 元⑶与曲面g(k) (X，y)切点的y-坐标，< 为下模具⑵的第i列第j行基本体单元（8) 与曲面g(k) (X，y)切点的X-坐标，为下模具⑵的第i列第j行基本体单元⑶与曲面 g(k) (X，y)切点的y-坐标，由方程（8)求解得到：式中，计算上模具（1)的基本体单元（8)与曲面g(k) (X，y)切点时，δ = 1，计算下模具 ⑵的基本体单元⑶与曲面g(k) (X，y)切点时，δ = -1 ; iv.根据有效成形区（6)与成形过渡区（7)内的上模具（1)的各基本体单元（8)的高度 方向坐标^与下模具（2)的各基本体单元（8)的高度方向坐标调整各基本体单元（8) 的高度，形成用于第k成形区段成形的上模具型面（9)与下模具型面（10)。3.按照权利要求1所述的采用离散式模具的大型曲面逐段成形方法，其特征在于，步 骤四中，最后成形区段即第N成形区段的模具型面形状根据待成形零件的第N成形区段目 标曲面Sn来确定，其具体过程为： a. 确定第N成形区段目标曲面&在x-y平面投影面积最大的投影方向，设定其为该成 形区段成形的冲压方向，使冲压方向与离散式模具基本体单元（8)的高度方向一致，将曲 面&按冲压方向定位，并确定第N成形区段成形曲面的方程b. 最后成形区段即第N成形区段的成形区（5)的上模具（1)与下模具（2)的第1至第 m列基本体单元（8)的高度利用公式（9)计算：式中，<为上模具（1)的第i列第j行基本体单元（8)的高度方向坐标，< 为下模具 (2)的第i列第j行基本体单元（8)的高度方向坐标；r为基本体单元球冠的半径，t为曲 面零件的厚度，^为上模具（1)的第i列第j行基本体单元⑶与曲面s (N)(x，y)切点的 X-坐标、#为上模具⑴的第i列第j行基本体单元⑶与曲面s(N) (X，y)切点的y-坐标、 <为下模具（2)的第i列第j行基本体单元（8)与曲面s(N)(x，y)切点的X-坐标、g为下 模具⑵的第i列第j行基本体单元⑶与曲面s(N) (X，y)切点的y-坐标，由方程（10)求 解得到：式中，计算上模具（1)的基本体单元（8)与曲面S(N) (X，y)切点时，δ = 1，计算下模具 ⑵的基本体单元⑶与曲面s(N)(x，y)切点时，δ = -I ;Xi为基本体单元⑶的中心线在 X-方向的坐标，为基本体单元⑶的中心线在y-方向的坐标； c. 根据最后成形区段的上模具（1)的各基本体单元（8)的高度方向坐标：与下模 具（2)的各基本体单元（8)的高度方向坐标·^，调整各基本体单元（8)的高度，形成用于最 后成形区段即第N成形区段成形的上模具型面（9)与下模具型面（10)。4. 根据权利要求1所述的采用离散式模具的大型曲面逐段成形方法，当待成形的大型 曲面（4)的宽度不超过离散式模具宽度时，只需沿长度方向即X-方向逐段成形；当待成形 的大型曲面零件（4)的宽度大于离散式模具宽度时，沿长度方向即X-方向与宽度方向即 y-方向均需要逐段成形。5. 根据权利要求1所述的采用离散式模具的大型曲面逐段成形方法，当待成形的大型 曲面零件（4)在x-y平面上的投影为不规则边界轮廓投影区域（16)时，先将其拓展成x-y 平面上的投影为矩形投影区域（17)的规则轮廓形状曲面（18)后，再进行模具型面设计， 然后进行逐段成形。
【专利摘要】本发明提供一种采用离散式模具的大型曲面逐段成形方法，大型三维曲面零件成形困难，传统的整体冲压成形方法，不仅需要大型的模具，还需要大型或超大型台面的加工设备，因此，大型三维曲面零件的生产成本极高；本发明采用一套离散式型面可调的模具，将待成形的大型曲面顺序地分成若干个模具成形面积大小的区段，在各区段成形时，离散式模具分成有效成形区与成形过渡区两部分，通过合理地设计成形过渡区的模具型面形状，使相邻成形区段衔接处的变形均匀过渡，从而避免成形缺陷产生，经逐段成形后最终得到大型曲面零件。本发明的方法只需要一套离散式模具，在小设备上就可成形大尺寸零件，可实现大型三维曲面零件快速、低成本加工。
【IPC分类】B21D22/02, B21D37/10
【公开号】CN105344782
【申请号】CN201510917114
【发明人】蔡中义, 常若寒, 梁晓波, 刘纯国, 李明哲
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月11日