劉亞朋，王愛兵，岳永紅

（1.河北勞動(dòng)關(guān)系職業(yè)學(xué)院 信息科學(xué)與工程系，河北 石家莊 050091；2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，河北 石家莊 050035）

如今國(guó)民經(jīng)濟(jì)正在迅猛的發(fā)展中，工業(yè)化程度也在日益劇增[1]?，F(xiàn)代化工廠對(duì)金屬板材的需求量正處于迫在眉睫的階段。為了讓金屬板材加工廠能夠迅速地響應(yīng)市場(chǎng)需求、制造出符合市場(chǎng)金屬板材，從而滿足當(dāng)今社會(huì)上的大量需求[2]。相關(guān)的研究人員應(yīng)該將工作重點(diǎn)放在，如何快速的縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本這三個(gè)基本環(huán)節(jié)中。為了挑選合理的加工板材件，使金屬板材表面因素不收成形軌跡的影響，造成成形金屬板材輪廓清晰度受到極大影響。其中金屬板材數(shù)控加工軌跡技術(shù)最為關(guān)鍵?，F(xiàn)如今，國(guó)外許多學(xué)者將板料成形軌跡分為兩種，一種是等高線軌跡，另一種是不等徑軌跡。其中等高線軌跡是利用等高層的金屬板材加工出具有生成簡(jiǎn)單、耐用且應(yīng)用范圍廣的良好軌跡，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)控生產(chǎn)中?？上У雀邔拥慕饘侔宀臄?shù)量很少，不能滿足當(dāng)下工廠的龐大需求量，因此需要采用不等高金屬板來(lái)進(jìn)行來(lái)加工金屬板材。但不等高金屬板加工的產(chǎn)品普遍存在金屬表面的粗糙度與成形效率低的缺點(diǎn)，因此不能被廣泛應(yīng)用到金屬板材生產(chǎn)當(dāng)中[3]。本文設(shè)計(jì)出不等高金屬板的新型加工方法，來(lái)優(yōu)化不等高度金屬板材的加工軌跡。

1 金屬板材數(shù)控加工軌跡優(yōu)化

1.1 計(jì)算不等層與偏置內(nèi)表面交點(diǎn)的距離

利用不等高層材料來(lái)進(jìn)行數(shù)控加工過程中，由于金屬板材區(qū)的變形成都大，參與變形的板料卻很少，因此造成了金屬板材成形效率低的現(xiàn)象[4]。如果要利用不等層來(lái)加工軌跡，就必須首先計(jì)算好不等層與偏置內(nèi)表面交點(diǎn)的距離。在偏層間距較大的情況下，應(yīng)當(dāng)保持科學(xué)合理的距離，為了提高鈑金件的成形效率，由于鈑金成形力和塑性變形相對(duì)較小，容易被擠壓，從而使鈑金件的表面質(zhì)量較差。為了適應(yīng)不同的成形質(zhì)量要求和板料的成形性能，較小的層間距應(yīng)該用于表面形成角較大，而較大的層間距應(yīng)該用于表面形成較小的角度，以保證板料的成形質(zhì)量和提高工作效率的加工軌跡。為了使加工出的軌跡質(zhì)量滿足用戶要求的等殘余高度等高線軌跡為基準(zhǔn)，在進(jìn)行板材加工時(shí)，在板料成形軌跡和板料易斷裂區(qū)域，插入等高線軌跡。通過減少板材易斷裂區(qū)域的成形軌跡，可以提高板材的成形性。

式中：Z為等殘余高度軌跡線在成形內(nèi)表面上對(duì)應(yīng)的Z軸方向高度值；r 為金屬板材原材料的半徑；θ為不等高板材之間的傾斜角度；d 為Z在空間直角坐標(biāo)系中的數(shù)值。

1.2 篩選滿足要求的不等高度金屬板材組

并不是所以的不等高層材料均能被用來(lái)加工金屬板材數(shù)控軌跡，需要算出每層等殘余高度軌跡線在成形內(nèi)表面上對(duì)應(yīng)的高度值;，為上一層等殘余高度軌跡對(duì)應(yīng)的高度值減去要插入的層間距H，則殘余高度滿足用戶要求的等高線軌跡的層間距H可由如下公式表示：

式中，H 為要插入的層間距；h 為滿足要求所需的殘余高度值。如果所計(jì)算出的H值之間的方差小于5mm，且標(biāo)準(zhǔn)差小于1mm，則這組金屬板材可應(yīng)用于金屬板材的數(shù)控加工。

1.3 完成不等高度金屬板材數(shù)控加工

在數(shù)控加工成形過程中，擠壓工具頭的作用是，對(duì)金屬板材的成形力是隨著層間距的增大而增大[5]。利用不等高線的工作軌跡當(dāng)中，首先要在板材成形的較大區(qū)域內(nèi)，擠壓工具每走一層，使其層間距越大，則板材減薄區(qū)域也越大，金屬板材也就更堅(jiān)固；其次增大金屬板材之間的夾角大小、這樣層間距區(qū)域破裂的機(jī)率就會(huì)縮小，因此加工板材件成功的可能性就會(huì)加大；在大的成形角和大的層間距區(qū)域插入一系列等長(zhǎng)的線段，通過減小層間距來(lái)減小成形力，可以提高板材的成形性；在之后所形成的一系列等殘余高度軌跡的大成形角以及大層間距區(qū)域當(dāng)中，所插入的等高線流程為：設(shè)定極大層間距和極大成形角，即在板材件的成形角大于、層間距大于的等殘余高度軌跡中插入等高線軌跡，這樣就可以減小該區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的層間距，并且提高了板材的可成形性。要預(yù)先找出每一層等殘余高度軌跡的高度數(shù)值，并一次求出層間距H，判斷每層的層間距H，與極大層間距的大小。如果該區(qū)域三角面成形角偏大，就要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行分層處理，在該區(qū)域內(nèi)的兩層等高線軌跡之間插入等高線的軌跡[6]。這樣生成的不等層間距軌跡，既能滿足等殘余高度要求，又能提高可成形性，進(jìn)而有效地防止成形件的破裂。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)分別采用傳統(tǒng)方法和新型優(yōu)化方法來(lái)對(duì)金屬板材進(jìn)行數(shù)控單點(diǎn)漸進(jìn)成形加工軌跡的仿真實(shí)驗(yàn)。首先在計(jì)算機(jī)軟件中建立相應(yīng)的三維模型；然后利用CAM模塊對(duì)三維模型進(jìn)行加工仿真操作，之后得到加工軌跡路徑以及程序代碼；最后程序代碼經(jīng)過調(diào)試后，導(dǎo)入數(shù)控加工中心，進(jìn)而完成金屬板材的數(shù)控加工軌跡。將兩種方法得到的成品編為25單元節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)比每個(gè)節(jié)點(diǎn)的韌性值，來(lái)判定新型產(chǎn)品的使用價(jià)值。

2.2 結(jié)論討論

以下為兩種方法得到的相同零件的表面硬度對(duì)比結(jié)果：

圖1 為兩種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

根據(jù)圖像可知，新型方法加工得到的金屬板材單元號(hào)平均韌性值為0.47，而傳統(tǒng)方法得到的金屬板材單元號(hào)平均韌性值為0.39，所以證明了新型方法得到的金屬板材更具有韌性，因此證實(shí)了新型方法可以優(yōu)化不等高度的金屬板材數(shù)控加工軌跡。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種優(yōu)化不等高度金屬板的加工軌跡，可以極大的提高金屬板材數(shù)控加工產(chǎn)品質(zhì)量。如今的金屬板材數(shù)控加工技術(shù)，都是利用等高的金屬板材來(lái)充分考慮工藝參數(shù)中復(fù)雜的板材件成形質(zhì)量和數(shù)控加工成形效率的高低。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，數(shù)據(jù)漸進(jìn)成形技術(shù)存在一些問題，復(fù)雜成形金屬薄板的表面質(zhì)量、成形性、輪廓精度和成形效率也存在一定的問題，尚沒有深刻的認(rèn)知。筆者在分析等高等高輪廓線漸進(jìn)成形缺陷的基礎(chǔ)上，提出了等高等距輪廓線的生成方法，并分析了等高等距輪廓線漸進(jìn)成形的恒進(jìn)給速度問題。此方法可傳統(tǒng)的數(shù)控加工產(chǎn)品具有更高的固體壓力，應(yīng)該廣泛應(yīng)用于未來(lái)的生產(chǎn)中。