專利名稱：三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法
技術領域：
本發明涉及金屬板材多點柔性滾壓成形工藝領域，具體地，涉及一種三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法。
背景技術：
板材成形是現代制造業中一個重要的分支，被廣泛應用在汽車、造船、航空航天、化工、城市建筑等諸多行業。汽車中75%的零件屬于沖壓件，采用模具加工的方式來生產，但對于新車型的試制以及一些消費者對汽車的個性化需求，就需要有針對性的單件或小批量的柔性成形方式。現代造船行業中，一般都是單艘或小批量生產，并且每艘船的每塊船體外板的大小、形狀都不一樣，不適合采用傳統的模具加工方式，需要柔性成形的方式進行加工。同樣在航空航天行業，飛行器和運載火箭也是小批量生產模式，使得航空航天行業同樣對柔性成形技術提出迫切的需求。目前，應用到板材成形的柔性成形技術有滾壓成形、旋壓成形、噴丸成形、水火彎板、單點漸進成形、多點成形、增量壓彎成形、激光成形等。滾壓成形、旋壓成形、噴丸成形以及水火彎板成形工藝屬于比較傳統的柔性成形工藝，在實際生產中有著廣泛的應用。滾壓成形是通過軋輥工具加工板材，使板材產生連續局部彎曲變形從而實現三維構件的加工，常見的有三輥滾壓和四輥滾壓，但受軸向剛度影響，所加工板料的相應長度有所限制，另外，該工藝不能實現多向曲率構件的加工。旋壓成形是一種用于加工回轉體零件的連續局部成形工藝，該工藝只適用于回轉體的成形。噴丸成形是利用高速彈丸流撞擊金屬板材的表面，使受撞擊的表面及下層金屬材料產生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發生向受噴面凸起的彎曲變形而達到所需外形的一種成形方法，但該成形技術工藝參數的選擇及變形的控制難于掌握，過于依賴經驗，而且受噴表面質量粗糙，有殘余應力分布。水火彎板成形利用金屬板局部受高溫冷卻后產生局部熱彈塑性收縮變形的原理，形成所需要的三維曲面，但該工藝也有依靠有經驗的技術工人、勞動強度大、加工質量波動大的缺點。單點漸進成形、多點成形、增量壓彎成形都屬于累積變形成形工藝。其中單點漸進成形工藝是基于快速制造“分層制造”的思想，將復雜的三維模型沿高度方向離散化，分解成一系列二維層，并在二維層上對板材進行局部的塑性加工，該工藝的加工效率低，只適用于薄板加工。多點成形基于傳統模具離散化的思想，由一系列規則排列、高度可調的基本體組成“柔性多點模具”來代替整體模具，通過“柔性多點模具”來實現板材的成形，但該工藝方式由于控制點數量較多，使得設備造價較高，而且對于復雜、精度要求較高的三維曲面件而言，它還具有一定的局限性。增量壓彎成形是基于三點彎曲變形的原理由專用壓力機驅動壓頭在整體壁板表面上按一定的軌跡分段逐點進行局部三點彎曲變形，最后使整個壁板表面成形為所需的外形，但該工藝生產效率低下、產品尺寸精度難以控制，并且依賴有經驗的技術工人。激光成形是以激光作為熱源對金屬板材表面進行局部掃描，由于加熱的不均勻性在熱作用區內產生非均勻分布的熱應力，當熱應力超過材料相應溫度下的屈服極限，就會在材料內部產生塑性變形，在冷卻后形成殘余應力和永久性彎曲變形，但該工藝的自動化要求高，加工工藝參數的確定困難，成形精度不好保證，而且易產生燒傷現象，影響工件表面質量。綜上所述，面對日趨復雜和多樣化的三維曲面件，柔性成形工藝的發展尤為重要，而現有的柔性成形工藝都存在一定的局限性，因此，新工藝新技術的提出就變得十分迫切。本專利就是在原有柔性成形工藝基礎之上，通過對多種成形工藝的研究，綜合多種成形工藝方式的優點，提出了一種金屬板材多點柔性滾壓成形方法。并且，經對現有文獻檢索，沒有發現與本發明相同的三維曲面構件成形工藝方法。

發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種低成本、高效率、高精度，能夠突破構件縱向長度限制、實現多種曲率半徑的三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法。根據本發明的一個方面，提供一種三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，包括以下步驟:第一步，將要求加工的構件形狀展開成平板，確定加工原始板料的形狀大?。坏诙?，根據構件加工形狀要求按照工程經驗公式確定成形道次數以及每道次的成形量；并參照經典回彈公式對板料的成形進行回彈補償，確定各道次板料回彈之前的成
形量;第三步，通過已經設計好的每道次板料的成形量利用成形輥子外輪廓與加工板料相切的原理計算成形輥的理論位置，并通過加工裝置的調形系統控制完成前3個道次的成形輥位姿的調整；第四步，將板料送入成形裝置，上下成形輥咬合，使板料產生一定形狀的變形，然后成形輥旋轉，成形輥與板料之間產生摩擦力驅動板料沿著滾壓方向前進，板料走出成形裝置即完成了前3個道次的加工，之后進行輥位調節，使成形輥反轉，實現板料的反向運動，完成后3個道次的成形，如此，以來回滾的方式，直到達到要求的成形道次數為止，完成加工。優選地，第二步中，以圓柱件為例，采用工程經驗公式計算采用的各道次彎曲角度分配公式如下
權利要求
1.一種三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將要求加工的構件形狀展開成平板，確定加工原始板料的形狀大?。? 第二步，根據構件加工形狀要求按照工程經驗公式確定成形道次數以及每道次的成形量；并參照經典回彈公式對板料的成形進行回彈補償，確定各道次板料回彈之前的成形量; 第三步，通過已經設計好的每道次板料的成形量利用成形輥子外輪廓與加工板料相切的原理計算成形輥的理論位置，并通過加工裝置的調形系統控制完成前3個道次的成形輥位姿的調整； 第四步，將板料送入成形裝置，上下成形輥咬合，使板料產生一定形狀的變形，然后成形輥旋轉，成形輥與板料之間產生摩擦力驅動板料沿著滾壓方向前進，板料走出成形裝置即完成了前3個道次的加工，之后進行輥位調節，使成形輥反轉，實現板料的反向運動，完成后3個道次的成形，如此，以來回滾的方式，直到達到要求的成形道次數為止，完成加工。
2.根據權利要求1所述的三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，其特征在于，第二步中，以圓柱件為例，采用所述的工程經驗公式計算采用的各道次彎曲角度分配公式如下:
3.根據權利要求2所述的三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，其特征在于，通過所述工程經驗公式得到的各道次成形所對應的成形半徑為: Ri=B/ 0 ” 其中: Ri為各道次成形半徑； B為板料原始寬度。
4.根據權利要求1所述的三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，其特征在于，第二步中所述的經典回彈公式為:
5.根據權利要求1所述的三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，其特征在于，第三步中，成形輥的橫向理論位置確定具體為: 成形輥在橫向采用均勻排布的方式，橫向每相鄰3個成形輥的中心位置都呈三角形交錯排布，對于橫向距離比較長 的構件，采用將圓弧分成幾段，一段段進行加工的方式。
全文摘要
本發明提供了一種三維曲面構件加工的多點柔性滾壓成形方法，將要求加工的構件形狀展開成平板，確定板料的形狀大小；根據構件加工形狀要求確定成形道次數以及各道次的成形量以及相應的進行回彈補償后的成形量；計算成形輥的理論位置，并對前3個道次的成形輥的位姿進行調整；將板料送入成形裝置，成形輥旋轉，驅動板料沿著滾壓方向前進，板料走出成形裝置完成前3個道次的加工，再進行輥位調節，使成形輥反轉，實現板料的反向運動，完成后3個道次的成形，如此，以來回滾的方式，直到達到要求的成形道次數為止，完成加工。本發明克服了現有柔性成形工藝的缺點，具有成本低、效率高、完成質量高的優點。
文檔編號B21D5/06GK103111499SQ201210509219
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者于忠奇, 王皓, 來新民, 林忠欽, 孔慶帥 申請人:上海交通大學