一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法
【专利摘要】本发明公开的一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法：步骤1、根据单点增量成形过程中需要减小的轴向力大小进行计算，获得调节值并根据调节值的大小选取相应规格溢流阀接入改造后的液压系统中；步骤2、对现有的单点增量成形数控机床上的夹具改造，为夹具内的液压腔连接液压系统，将液压油注满液压腔，在液压腔上部安装上板料，要使板料与液压腔之间形成密闭空间；步骤3、经步骤1和步骤2后，启动液压系统，使液压腔内产生相对于大气压的负压，启动单点增量成形数控机床，对安装好的板料进行成形直至完成。本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，能降低单点增量成形过程中的轴向力以及改善成形件质量。
【专利说明】
-种减小单点増量成形过程中轴向成形力的方法
技术领域
[0001] 本发明属于板材塑性成形方法技术领域，具体设及一种减小单点增量成形过程中 轴向成形力的方法。
【背景技术】
[0002] 单点增量成形技术是一种新型板材塑性成形技术，是基于快速原型制造中的分层 制造的思想，将待成形的零件离散为一系列的二维平面进行逐点逐层成形，W局部的成形 累积代替整体成形。
[0003] 单点增量成形技术很好的将板料成形技术、计算机辅助制造技术和数控技术结合 起来，用Ξ维软件建立待成形的CAD模型并处理成数控系统可识别的NC程序，导入数控机床 中结合夹具便可成形相应的零件。除此之外，在实际的应用中，单点增量成形技术还具有高 柔性、低成本及生产周期短的优点，弥补了现有板料成形技术的不足，满足当代客户多样 化、个性化、经济化及更新快速化的需求。如今，单点增量成形技术在航空航天、汽车、医疗、 艺术等行业有着广阔的运用前景。
[0004] 在单点增量成形过程中，工具头受到的力主要为轴向力，而径向力和切向力比较 小，如：在成形1060侣的过程中，轴向力可达到1200N左右。虽然相对于现有冲压技术，该成 形力较小，但由于单点增量成形技术使用数控机床，成形过程中的成形力对于数控机床而 言是很大的载荷，若用来成形强度更高的材料比如:侣合金、铁板、钢板甚至铁合金，则轴向 力将会更大，运就对单点增量成形数控机床，尤其是机床主轴的强度提出了更高要求。因 此，采取有效措施减小成形过程中轴向力对降低单点增量成形数控机床的性能要求和延长 设备使用寿命有着重大意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，不仅能 降低单点增量成形过程中的轴向力W及改善成形件质量，还能降低对单点增量成形数控机 床的性能要求及延长设备使用寿命。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法， 具体按照W下步骤实施：
[0007] 步骤1、根据成形过程中需要减小的轴向力的大小来确定相应的调节值并根据 需要的调节值的大小确定溢流阀的规格，并将选定的溢流阀装入液压系统中；
[000引步骤2、对现有的单点增量成形数控机床上的夹具进行改造，把液压腔接入液压系 统，将液压油注满液压腔，在液压腔上部安装上板料，在板料下面和液压腔上端面之间安装 密封圈，使板料与液压腔之间形成密闭空间；
[0009]步骤3、经步骤1和步骤2后，启动液压系统，使液压腔内产生相对于大气压的负压， 启动单点增量成形数控机床，对安装好的板料进行成形直至完成，达到在成形过程中轴向 力减小的效果。
[0010] 本发明的特点还在于：
[0011] 步骤1具体按照W下方法实施：
[0012] 设定液压腔的内边边长为am;
[001引则液压油和板料的面积为：s = a X am2;
[0014] 而1标准大气压= 101.325邸a;
[0015] 根据单点增量成形的要求设定需要减小的轴向力为FN，则密封液压腔内压力和标 准大气压的压力差为ΔΡ，具体算法如下：
[0016] AP=F/S；
[0017] 调节值巧具体按照W下算法获得：
[0018] 调节值與=Δ/ν 1标准大气压;.
[0019] 根据调节值的大小确定需要的溢流阀的规格，并将相应规格的溢流阀接入液压系 统中。
[0020] 步骤2具体按照W下步骤实施：
[0021] 步骤2.1、将液压腔的进液口通过进液管与溢流阀连接，并在进液管上安装压力表 a;将液压腔的出液口通过出液管与抽油机连接，并在出液管上安装有压力表b;将溢流阀和 抽油机均与油箱连接，构成液压系统；
[0022] 步骤2.2、经步骤2.1后，先将液压油注满液压腔，然后将板料安装于液压腔的上部 并保证与液压腔的液压油接触，使液压腔与板料之间形成密闭空间。
[0023] 步骤2中安装板料的方式为：
[0024] 将板料的边缘通过上压板和螺栓与液压腔的侧壁上端连接，并在连接处板料下面 设置密封圈。
[0025] 步骤3.1、启动液压系统内的抽油机；
[0026] 步骤3.2、待步骤3.1后，待密封的液压腔内外压力差达到液压系统内溢流阀额定 值时，油箱内的液压油便通过溢流阀流入密封的液压腔内；
[0027] 步骤3.3、经步骤3.2后，整个液压系统便形成具有稳定负压的密封循环系统，此时 安装好的板料受到向下的均布载荷；
[0028] 步骤3.4、将待成形零件形状的NC程序导入单点增量成形数控机床，由成形工具头 按照数控程序执行相应的轨迹，板料在工具头和向下的均布载荷的作用下逐点逐层成形直 至完成，达到在成形过程中轴向力减小的效果。
[0029] 本发明的有益效果在于：
[0030] 与现有技术相比，本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法使用后，不 仅能有效降低单点增量成形过程中的轴向力、改善成形件质量，还可W降低单点增量成形 对数控机床的性能要求W及延长成形设备使用寿命，进而降低零件成形的平均成本。因此， 该方法特别适合用于成形力大等难成形材料的单点增量成形。
【附图说明】
[0031] 图1是在单点增量成形过程中与主轴相连的工具头径向和切向受力状态示意图；
[0032] 图2是在单点增量成形过程中与主轴相连的工具头轴向受力示意图；
[0033] 图3是本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法中设及的改造后夹具的 结构示意图；
[0034] 图4是本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法中板料装夹完成、液压 系统未启动的状态示意图；
[0035] 图5是本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法中板料成形初始状态、 板料受到向下的载荷、产生预变形的状态示意图；
[0036] 图6本发明减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法中板料在稳定向下的均布 载荷下进行成形的示意图。
[0037] 图中，1.上压板，2.工具头，3.板料，4.液压腔，5.密封圈，6.溢流阀，7.压力表a，8. 压力表b，9.抽油机，10.油箱。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0039] 就现有技术而言，在单点增量成形过程中，如图1及图2所示，与主轴相连的工具头 2受到径向力、切向力和轴向力的作用，经过数值模拟W及实际的测量表明：在单点增量成 形过程中工具头2受到的力主要为轴向力，而径向力和切向力都比较小。本发明一种减小单 点增量成形过程中轴向成形力的方法，其目的就是减小单点增量成形过程中轴向成形力W 及改善成形质量。
[0040] 本发明一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，具体按照W下步骤实 施：
[0041] 步骤1、对单点增量成形过程中需要较小的轴向力减小情况进行计算，获得调节值 巧，根据调节值选定相应规格的溢流阀并接入液压系统中，如图1所示，使液压腔4内和外界 大气压之间产生擇个标准大气压，W实现减小单点增量成形过程中轴向成形力，具体按照 W下算法实施：
[0042] 设定液压腔的内边边长为am;
[0043] 则液压油和板料3的面积为:S = a X am2;
[0044] 而1标准大气压= 101.325邸a;
[0045] 根据单点增量成形的要求设定需要减小的轴向力为FN，则密封液压腔内压力和标 准大气压的压力差为ΔΡ，具体算法如下：
[0046] AP=F/S；
[0047] 调节值具体按照W下算法获得：
[004引调节值<ρ = Δ戶/ 1标准大气压；
[0049] 根据调节值的大小确定需要的溢流阀的规格，并将相应规格的溢流阀接入液压系 统中。
[0050] 步骤2、对现有的单点增量成形数控机床上的夹具进行改造，为液压腔4连接液压 系统，将液压油注满液压腔4，在液压腔4上部安装上板料3，要使板料3与液压腔4之间形成 密闭空间，如图3所示，具体按照W下方法实施：
[0051] 步骤2.1、将液压腔4的进液口通过进液管与溢流阀6连接，并在进液管上安装压力 表a7;
[0052] 将液压腔4的出液口通过出液管与抽油机9连接，并在出液管上安装有压力表b8;
[0053] 将溢流阀6和抽油机9均与油箱10连接，构成液压系统；
[0054] 步骤2.2、经步骤2.1后，先将液压油注满液压腔4,然后将板料3安装于液压腔4的 上部并保证与液压腔4的液压油接触，使液压腔4与板料3之间形成密闭空间，具体的安装方 式如下：
[0055] 将板料3的边缘通过上压板1和螺栓与液压腔4的侧壁上端面连接，并在连接处设 置一圈密封圈5，此时液压油被密封于液压腔4内。
[0056] 步骤3、经步骤2改造完夹具后，启动液压系统，使液压腔4内产生相对于大气压的 负压，启动单点增量数控机床，对安装好的板料3进行成形直至完成，具体按照W下方法实 施：
[0057] 步骤3.1、启动液压系统内的抽油机9;
[0058] 步骤3.2、待步骤3.1后，待密封的液压腔4内外压力差达到液压系统内溢流阀6额 定值时，油箱10内的液压油便通过溢流阀6流入密封的液压腔4内；
[0059] 步骤3.3、经步骤3.2后，整个液压系统便形成具有稳定负压的密封循环系统，此时 安装好的板料3受到向下的均布载荷；
[0060] 步骤3.4、将待成形零件形状的NC程序导入单点增量成形数控机床，由工具头2按 照数控程序执行相应的轨迹，板料3在工具头2和向下的均布载荷的作用下逐点逐层成形直 至完成。
[0061] 在本发明一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法中，下板料成形的过程 具体如图4、图5及图6所示，图4表示板料3装夹完成、液压系统未启动的状态；图5表示板料3 受到向下的载荷、产生预变形的状态;图6表示板料3在稳定向下的均布载荷下进行成形。
[0062] 在成形过程中，板料3和工具头2之间摩擦产生的热量也会被流动的液压油带走一 部分，进而提高成形件表面质量。
[0063] 实施例；
[0064] 设定液压腔的内边边长为0.2m;
[0065] 则液压油和板料3的面积为:S = 0.2m X 0.2m = 0.04m2;
[0066] 1标准大气压= 101.325邸a;
[0067] 设定需要减小的轴向力为600N，则密封液压腔4内压力和标准大气压的压力差为 ΔΡ，具体算法如下：
[006引 AP=F/S = 600N/0.0W=15000Pa=15KPa；
[0069] 则调节值沪为：15邸a/101.325邸a > 14.8 %
[0070] 由此可W得到：若要求在单点增量成形过程中减小600N的轴向力，只要在液压系 统中装入相应规格的溢流阀，便可在密封的液压腔4内和外界大气压之间产生0.148个标准 大气压的压力差。
[0071] 本发明一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，不仅能降低单点增量成 形过程中的轴向力W及改善成形件质量，还能降低对单点增量成形数控机床的性能要求及 延长设备使用寿命。
【主权项】
1. 一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，其特征在于，具体按照W下步骤 实施： 步骤1、根据单点增量成形过程中需要减小的轴向力大小进行计算，获得调节值并根 据调节值的大小选取相应规格溢流阀(6)并接入改造后的液压系统中； 步骤2、对现有的单点增量成形数控机床上的夹具进行改造，为夹具内的液压腔(4)连 接液压系统，将液压油注满液压腔(4)，在液压腔(4)上部安装上板料(3)，要使板料(3)与液 压腔(4)之间形成密闭空间； 步骤3、经步骤1和步骤2后，启动液压系统，使液压腔(4)内产生相对于大气压的负压， 启动单点增量成形数控机床，对安装好的板料(3)进行成形直至完成。2. 根据权利要求1所述的一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，其特征在 于，所述步骤1具体按照W下方法实施： 设定液压腔的内边边长为am; 则液压油和板料(3)的面积为:S = a X am2; 而1标准大气压= 101.325邸a; 设定需要减小的轴向力为FN，则密封液压腔(4)内压力和标准大气压的压力差为ΔΡ， 具体算法如下： AP = F/S； 调节值《^具体按照W下算法获得： 调节值φ = 1标准大气压； 根据调节值选定相应规格的溢流阀(6)接入液压系统中。3. 根据权利要求1所述的一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，其特征在 于，所述步骤2具体按照W下步骤实施： 步骤2.1、将液压腔(4)的进液口通过进液管与溢流阀（6)连接，并在进液管上安装压力 表 a(7); 将液压腔（4)的出液口通过出液管与抽油机（9)连接，并在出液管上安装有压力表b (8)； 将溢流阀(6)和抽油机(9)均与油箱（10)连接，构成液压系统； 步骤2.2、经步骤2.1后，先将液压油注满液压腔(4)，然后将板料(3)安装于液压腔(4) 的上部并保证与液压腔(4)的液压油接触，使液压腔(4)与板料(3)之间形成密闭空间。4. 根据权利要求1或3所述的一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，其特征 在于，所述步骤2中安装板料(3)的方式为： 将板料(3)的边缘通过上压板（1)和螺钉与液压腔(4)的侧壁上端面连接，并在连接处 设置一圈密封圈（5)。5. 根据权利要求1所述的一种减小单点增量成形过程中轴向成形力的方法，其特征在 于，所述步骤3具体按照W下步骤实施： 步骤3.1、启动液压系统内的抽油机(9); 步骤3.2、待步骤3.1后，待密封的液压腔(4)内外压力差达到液压系统内溢流阀（6)额 定值时，油箱(10)内的液压油便通过溢流阀(6)流入密封的液压腔(4)内； 步骤3.3、经步骤2.2后，整个液压系统便形成具有稳定负压的密封循环系统，此时安装 好的板料(3)受到向下的均布载荷； 步骤3.4、将待成形零件形状的NC程序导入单点增量成形数控机床，由工具头(2)按照 数控程序执行相应的轨迹，板料(3)在工具头(2)和向下的均布载荷的作用下逐点逐层成形 直至完成。
【文档编号】B21D31/00GK105964778SQ201610428300
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】杨明顺, 张敬冲, 李言, 袁启龙, 崔莅沐, 李鹏阳
【申请人】西安理工大学