CN112528424B - 一种提高板料渐进成形性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高板料渐进成形性能的方法，属于板料渐进成形技术领域。该方法包括：获取原始板料厚度、成形件的成形角、成形件的极限壁厚和原始板料的成形极限角；基于原始板料厚度，采用预设算法计算成形件的理论壁厚；根据成形件的成形角、成形极限角、成形件的极限壁厚和理论壁厚，确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工出补料筋。本发明使得板料在渐进成形过程中有充足的材料流动和补充，有效缓解了板料的过度减薄，提高了成形件的使用性能，本发明不需要特殊装置，操作简便。

Description

一种提高板料渐进成形性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高板料渐进成形性能的方法，属于板料渐进成形技术领域。

背景技术

板料渐进成形技术是一种快速无模柔性制造技术，该技术引入快速原型制造技术的分层制造的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散成若干层，并生成各等高线层上的加工轨迹，成形工具头沿等高线在二维层面上进行塑性加工，最终将板料成形出所需的制件。加工过程中不需要设计模具，对于小批量、高精度且形状复杂的零件，该技术的出现和应用能极大的节约生产成本，因此该技术开始逐渐运用于新品试制和复杂曲面件的制造。

由于渐进成形其特殊的加工方式，成形工具头与板料的接触方式为点接触，成形工具头在成形力的作用下对板料进行变薄拉延，成形区域的材料在工具头的作用下沿着工件轴向作剪切流动，板料厚度会减薄。而在加工过程中，板料四周被夹具夹紧，参与变形的材料总量是不变的，因此壁厚减薄的材料得不到补充，随着零件成形极限角的不同，板料的厚度减薄程度也不同，当厚度减薄到一定程度，该制件就达不到使用强度，甚至出现破裂等缺陷，从而失去了使用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提高板料渐进成形性能的方法，以解决现有技术渐进成形中因材料流动不足导致的壁厚减薄的问题。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种提高板料渐进成形性能的方法，所述方法包括：

获取原始板料厚度t₀、成形件的成形角θ、成形件的极限壁厚t_min和原始板料的成形极限角θ_max；

基于原始板料厚度t₀，采用预设算法计算成形件的理论壁厚t；

根据成形件的成形角θ、成形极限角θ_max、成形件的极限壁厚t_min和理论壁厚t，确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工出补料筋。

结合第一方面，进一步地，所述成形件的极限壁厚t_min根据原始板料的不同材料的强度进行厚度校核得到。

结合第一方面，进一步地，所述成形极限角θ_max根据原始板料的球形弧面回转体模型加工实验获得。

结合第一方面，进一步地，采用预设算法计算成形件的理论壁厚t，包括：

t＝t₀·cosθ (1)

其中，t₀为原始料板厚度，θ为成形件的成形角。

结合第一方面，进一步地，确定成形件上需要加工补料筋的区域，包括：

判断成形件的成形角θ和成形极限角θ_max的大小：

若θ≤θ_max，则该加工区域不需要加工补料筋，

若θ＞θ_max，则该加工区域为需要加工补料筋的区域；

计算需要加工补料筋的区域的面积ΔS：

ΔS＝Δl×Δw (2)

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，Δw为需要加工补料筋的区域的当量宽度。

结合第一方面，进一步地，所述补料筋为圆弧状补料筋。

结合第一方面，进一步地，确定需要加工补料筋的区域所用补料筋的尺寸，包括：

判断成形件的极限壁厚t_min和成形件的理论壁厚t的大小：

若t≥t_min，则该区域不需要添加补料筋，

若t＜t_min，则该区域需要添加补料筋；

计算补料筋的体积ΔV：

其中，ΔS为需要加工补料筋的区域的面积，θ为成形件的成形角，t_min为成形件的极限壁厚，t为成形件的理论壁厚；

计算补料筋的横截半径r：

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，t₀为原始料板厚度。

优选地，补料筋在渐进成形工序前，预加工在原始板料的需要加工补料筋的区域上，位于原始板料的变形区与压边圈之间。

第二方面，本发明提供了一种提高板料渐进成形性能的系统，所述系统包括：

获取模块：用于获取原始板料厚度、成形件的成形角、成形件的极限壁厚和原始板料的成形极限角；

计算模块：用于计算成形件的理论壁厚；

补料确定模块：用于确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

加工模块：用于在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工成形出补料筋。

第三方面，本发明提供了一种提高板料渐进成形性能的系统，所述系统包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以实现第一方面任一项所述方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种提高板料渐进成形性能的方法所达到的有益效果包括：

本发明在原始板料的需要加工补料筋的区域预加工补料筋，使得板料在渐进成形过程中有充足的材料流动和补充，有效缓解了板料的过度减薄，提高了成形件的使用性能，本发明不需要特殊装置，操作更加简便；

本发明根据成形件的成形角、成形极限角、成形件的极限壁厚和理论壁厚，量化成形件上需要加工补料筋的区域、量化该区域所用补料筋的形状尺寸，有助于渐进成形技术在实际生产中的推广使用。

附图说明

图1是本发明一种提高板料渐进成形性能的方法的流程图；

图2是本发明实施例1中渐进成形过程中厚度变化的示意图；

图3是本发明实施例1中补料筋的尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供了一种提高板料渐进成形性能的方法，所述方法包括：

获取原始板料厚度t₀、成形件的成形角θ、成形件的极限壁厚t_min和原始板料的成形极限角θ_max；

基于原始板料厚度t₀，采用预设算法计算成形件的理论壁厚t；

根据成形件的成形角θ、成形极限角θ_max、成形件的极限壁厚t_min和理论壁厚t，确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工出补料筋。

成形件的极限壁厚t_min根据原始板料的不同材料的强度进行厚度校核得到。

成形极限角θ_max根据原始板料的球形弧面回转体模型加工实验获得。

采用预设算法计算成形件的理论壁厚t，包括：

t＝t₀·cosθ (1)

其中，t₀为原始料板厚度，θ为成形件的成形角。

结合公式(1)和图2，随着成形件的成形角的增大，成形件的理论壁厚减少，该区域板料的强度降低，当成形件的理论壁厚小于成形件的极限壁厚，成形件的强度达不到使用强度，甚至出现破裂等缺陷，从而失去使用价值。

确定成形件上需要加工补料筋的区域，包括：

判断成形件的成形角θ和成形极限角θ_max的大小：

若θ≤θ_max，则该加工区域不需要加工补料筋，

若θ＞θ_max，则该加工区域为需要加工补料筋的区域；

计算需要加工补料筋的区域的面积ΔS：

ΔS＝Δl×Δw (2)

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，Δw为需要加工补料筋的区域的当量宽度。

具体地，补料筋为圆弧状补料筋。

确定需要加工补料筋的区域所用补料筋的尺寸，包括：

判断成形件的极限壁厚t_min和成形件的理论壁厚t的大小：

若t≥t_min，则该区域不需要添加补料筋，

若t＜t_min，则该区域需要添加补料筋；

计算补料筋的体积ΔV：

其中，ΔS为需要加工补料筋的区域的面积，θ为成形件的成形角，t_min为成形件的极限壁厚，t为成形件的理论壁厚；

计算补料筋的横截半径r：

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，t₀为原始料板厚度。如图3所示为圆弧形补料筋尺寸示意图。

具体地，补料筋在渐进成形工序前，预加工在原始板料的需要加工补料筋的区域上，位于变形区与压边圈之间。具体可以通过拉伸或者胀形工艺预加工处补料筋。

实施例二：

本发明实施例提供一种提高板料渐进成形性能的系统，包括：

获取模块：用于获取原始板料厚度、成形件的成形角、成形件的极限壁厚和原始板料的成形极限角；

计算模块：用于计算成形件的理论壁厚；

补料确定模块：用于确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

加工模块：用于在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工成形出补料筋。

实施例三：

本发明实施例还提供一种提高板料渐进成形性能的系统，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种提高板料渐进成形性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取原始板料厚度t₀、成形件的成形角θ、成形件的极限壁厚t_min和原始板料的成形极限角θ_max；

基于原始板料厚度t₀，采用预设算法计算成形件的理论壁厚t；

根据成形件的成形角θ、成形极限角θ_max、成形件的极限壁厚t_min和理论壁厚t，确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

其中，确定成形件上需要加工补料筋的区域，包括：

判断成形件的成形角θ和成形极限角θ_max的大小：

若θ≤θ_max，则该加工区域不需要加工补料筋，

若θ＞θ_max，则该加工区域为需要加工补料筋的区域；

计算需要加工补料筋的区域的面积ΔS：

ΔS＝Δl×Δw (2)

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，Δw为需要加工补料筋的区域的当量宽度；

其中，所述补料筋为圆弧状补料筋；

其中，确定需要加工补料筋的区域所用补料筋的尺寸，包括：

判断成形件的极限壁厚t_min和成形件的理论壁厚t的大小：

若t≥t_min，则该区域不需要添加补料筋，

若t＜t_min，则该区域需要添加补料筋；

计算补料筋的体积ΔV：

其中，ΔS为需要加工补料筋的区域的面积，θ为成形件的成形角，t_min为成形件的极限壁厚，t为成形件的理论壁厚；

计算补料筋的横截半径r：

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，t₀为原始料板厚度；

在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工出补料筋。

2.根据权利要求1所述的提高板料渐进成形性能的方法，其特征在于，所述成形件的极限壁厚t_min根据原始板料的不同材料的强度进行厚度校核得到。

3.根据权利要求1所述的提高板料渐进成形性能的方法，其特征在于，所述成形极限角θ_max根据原始板料的球形弧面回转体模型加工实验获得。

4.根据权利要求1所述的提高板料渐进成形性能的方法，其特征在于，采用预设算法计算成形件的理论壁厚t，包括：

t ＝t₀·cosθ (1)

其中，t₀为原始料板厚度，θ为成形件的成形角。

5.根据权利要求1所述的提高板料渐进成形性能的方法，其特征在于，在原始板料的需要加工补料筋区域上预加工出的补料筋位于原始板料的变形区与压边圈之间。

6.一种提高板料渐进成形性能的系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块：用于获取原始板料厚度、成形件的成形角、成形件的极限壁厚和原始板料的成形极限角；

计算模块：用于计算成形件的理论壁厚；

补料确定模块：用于确定成形件上需要加工补料筋的区域和该区域所用补料筋的尺寸；

其中，确定成形件上需要加工补料筋的区域，包括：

判断成形件的成形角θ和成形极限角θ_max的大小：

若θ≤θ_max，则该加工区域不需要加工补料筋，

若θ＞θ_max，则该加工区域为需要加工补料筋的区域；

计算需要加工补料筋的区域的面积ΔS：

ΔS＝Δl×Δw (2)

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，Δw为需要加工补料筋的区域的当量宽度；

其中，所述补料筋为圆弧状补料筋；

其中，确定需要加工补料筋的区域所用补料筋的尺寸，包括：

判断成形件的极限壁厚t_min和成形件的理论壁厚t的大小：

若t≥t_min，则该区域不需要添加补料筋，

若t＜t_min，则该区域需要添加补料筋；

计算补料筋的体积ΔV：

其中，ΔS为需要加工补料筋的区域的面积，θ为成形件的成形角，t_min为成形件的极限壁厚，t为成形件的理论壁厚；

计算补料筋的横截半径r：

其中，Δl为需要加工补料筋的区域的横截面长度，t₀为原始料板厚度；

加工模块：用于在原始板料的需要加工补料筋的区域上预加工成形出补料筋。

7.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。