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        三維無模快速成形柔性化制造技術(shù)

        2015-02-20 02:42:42山東魯南機(jī)床有限公司滕州277500王紹存滕州市天旋旋轉(zhuǎn)接頭制造有限公司山東277500
        金屬加工(冷加工) 2015年14期
        關(guān)鍵詞:板料板材成形

        ■山東魯南機(jī)床有限公司 (滕州 277500) 王紹存■滕州市天旋旋轉(zhuǎn)接頭制造有限公司 (山東 277500) 王 磊

        三維無??焖俪尚稳嵝曰圃旒夹g(shù)

        ■山東魯南機(jī)床有限公司 (滕州 277500) 王紹存
        ■滕州市天旋旋轉(zhuǎn)接頭制造有限公司 (山東 277500) 王 磊

        摘要:本文主要介紹了金屬板材三維無??焖俪尚蔚闹饕夹g(shù)特點、原理及方法,還有典型零件應(yīng)用的范圍。

        目前,在市場需求不斷變化的驅(qū)動下,制造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模沿著“小批量-少品種大批量-多品種變批量”的方向發(fā)展。作為廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的金屬板料成形技術(shù),傳統(tǒng)的模具成形方法生產(chǎn)效率高、加工件精度高,適合大批量生產(chǎn),多年來一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。但缺點是模具設(shè)計制造周期長、維護(hù)費用高,而且缺乏柔性。

        如何縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期,滿足多品種小批量和樣品試制的需求,實現(xiàn)板料的高效、智能及柔性成形,是板料成形技術(shù)的發(fā)展趨勢。因此,一些新型的板料成形技術(shù)應(yīng)運而生,如:噴丸成形、激光成形、無模多點成形、水射流無模成形技術(shù)以及數(shù)字化漸進(jìn)成形等,都實現(xiàn)了金屬板料的無模成形,具有很大的柔性。

        我公司現(xiàn)開發(fā)了一種金屬板材三維無??焖俪尚螐?fù)合機(jī)床,可實現(xiàn)金屬板材的無模快速成形及實體輪廓的切削精加工。機(jī)床的工作原理運用了快速成形技術(shù)中“分層制造”的思想,將復(fù)雜的三維鈑金整體成形分解成為一系列二維局部塑性成形,再利用專門的球頭刀具,單點漸進(jìn),逐層壓延,依次成形,可以形象地比喻為金屬板材的3D打印。

        1. 單點漸進(jìn)無模成形主要技術(shù)特點

        (1)無缺陷彈性墊技術(shù):可以有效地抑制壓痕、起皺等成形缺陷,使成形件的表面質(zhì)量大大提高。

        (2)無回彈反復(fù)成形技術(shù):采用反復(fù)成形工藝方法,減小工件的回彈及材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力,實現(xiàn)板材小回彈或無回彈成形。

        (3)分段成形技術(shù):即優(yōu)化過渡區(qū)成形模型,進(jìn)行大變形量、大尺寸零件的成形,實現(xiàn)小設(shè)備成形大工件,并使無模成形設(shè)備小型化。

        (4)多道成形技術(shù):對于變形量很大的制品,選取最佳路徑多道成形,使成形過程中板材各部分變形盡量均勻,以消除起皺等成形缺陷,提高板材的成形能力。

        (5)閉環(huán)成形技術(shù):即將自動控制技術(shù)與CAT、CAD結(jié)合起來,對成形后的工件進(jìn)行三維測量,將測量的數(shù)據(jù)反饋到CAD系統(tǒng),經(jīng)過控制算法運算后,計算出基本體群形狀的修正量,傳遞給控制系統(tǒng)再次成形,這樣反復(fù)幾次,可以達(dá)到精確的目標(biāo)形狀。

        (6)根據(jù)需要可以進(jìn)行精加工,采用去除材料辦法。

        2. 金屬板材三維無模快速成形復(fù)合機(jī)床的技術(shù)特點

        (1)可實現(xiàn)金屬板材全無模、半模或簡易支撐工具等3種成形方式。

        (2)數(shù)控系統(tǒng)控制,柔性好,通過改變程序就可改變成形形狀。

        (3)可實現(xiàn)普通沖壓無法實現(xiàn)的復(fù)雜成形過程。

        (4)智能檢測,實現(xiàn)板材成形后輪廓實體的切削精加工。

        (5)低噪聲、高安全性。

        3. 數(shù)控?zé)o模成形的原理及方法

        (1)原理:一種基于壓力點運動形成點、線、面的成形工藝。如圖1為佛像頭的成形軌跡圖;圖2為一般拉伸件的成形軌跡圖;圖3為女性內(nèi)衣類模具軌跡圖。

        圖1

        圖2

        圖3

        (2)數(shù)控程序設(shè)計方法:在板材三維無模成形時,采用Mastercam軟件,先實體造型,再利用編程軟件對型腔分層挖槽,根據(jù)三維輪廓曲線形成若干小線段或圓弧進(jìn)給。刀具路徑根據(jù)工件的不同,分別可以采用平行陡斜面加工、三維輪廓偏置加工、交線清角加工以及環(huán)線等距加工等。進(jìn)給速度結(jié)合材料拉伸系數(shù)來設(shè)定,不僅有數(shù)控加工經(jīng)驗,還要有鍛壓知識。

        如圖4為用于女性內(nèi)衣行業(yè)加工程序生成,圖5為異形回轉(zhuǎn)件程序生成圖。

        (3)成形方式分為:凹成形和凸成形。圖6為凹成形加工圖,圖7為凹成形夾具結(jié)構(gòu)簡圖,圖8為凸成形軌跡仿真生成圖,圖9為凹成形夾具結(jié)構(gòu)簡圖。

        圖4

        圖5

        圖6

        圖7

        圖8

        圖9

        4. 成形的典型零件及應(yīng)用范圍

        金屬板材三維快速成形復(fù)合機(jī)床可廣泛用于汽車覆蓋件、航空航天零件、家電、醫(yī)療器械和工藝展品等產(chǎn)品的無模快速制造,減少模具開發(fā),降低產(chǎn)品制造費用。

        (1)汽車零部件行業(yè)如圖10所示。

        (2)餐飲器具行業(yè)如圖11所示。

        (3)工藝藝術(shù)品如圖12所示。

        (4)其他異形件的成形如圖13所示。

        圖10

        圖11

        圖12

        圖13

        現(xiàn)在無模單點成形技術(shù)已經(jīng)成熟,它特別適合于曲面鈑金件的多品種小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的試制,所加工的零件尺寸越大、其優(yōu)越性越突出。隨著航空、航天、海運、高速鐵路、化工以及城市建筑等行業(yè)的發(fā)展,對不同形狀、不同尺寸的大型三維曲面鈑金件的需求也在不斷地增加,該技術(shù)必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

        收稿日期:(20150415)

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