申请/专利权人：东南大学

申请日：2019-05-07

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN110125242B

主分类号：B21D31/00(20060101)

分类号：B21D31/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.05#授权;2019.09.10#实质审查的生效;2019.08.16#公开

摘要：本发明公开了一种母线为抛物线的凹锥形件成形方法，通过设定三个锚点，另加一个曲线饱满值来确定一条抛物线，以此作为凹锥形件的母线轮廓，并采用单道次渐进成形的方法对该制件进行加工。包括：1在平面内设置曲线的三个锚点，分别为指定起始点、指定终止点、指定控制点；2根据凹锥形件的母线形状为抛物线，设置曲线饱满值为0.5；3确定临界成形控制点，所述临界成形控制点指的是凹锥形件单道次渐进成形中，恰好发生减薄时的凹锥形件最凹向内侧的凹锥母线所对应的指定控制点；4采用渐进成形技术对制件进行加工。该加工方法保证了壁厚的均匀，提高了制件的质量，为加工母线为抛物线的凹锥件提供了一种简单有效的新方法。

主权项：1.一种母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，采用三个锚点和一个曲线饱满值确定抛物线型凹锥形件的母线形状，再根据凹锥形件的模型在数控机床上设置单道次加工路径，渐进加工成形，具体包括以下步骤：1在平面内设置曲线的三个锚点，分别为指定起始点、指定终止点、指定控制点，具体包括：对于底面开口直径为D，高度为H，顶部开口直径为d，圆角半径为R的目标制件，在回转体竖直截面内，以口部中心为坐标原点，径向方向定义为X轴，高度方向定义为Y轴方向建立直角坐标系，指定起始点为12d,H，指定终止点为12D,0，指定控制点坐标为X,X；2根据凹锥形件的母线形状为抛物线，设置曲线饱满值为0.5；3确定临界成形控制点，所述临界成形控制点指的是凹锥形件单道次渐进成形中，恰好发生减薄时的凹锥形件最凹向内侧的凹锥母线所对应的指定控制点，确定方法如下：根据体积不变原则V成形前＝V成形后计算成形后板料的理论壁厚t理论，当实际壁厚T与理论壁厚t理论满足0.90t理论≤T≤1.10t理论时，所对应的指定控制点X称为临界成形控制点X临界；4采用渐进成形技术对制件进行加工。

全文数据：母线为抛物线的凹锥形件成形方法技术领域本发明涉及凹锥形件加工方法，具体涉及母线为抛物线的凹锥件的渐进成形方法。背景技术锥形件是一个规则回转件，凹锥形件是锥形件的一种，传统锥形件的成形工艺，根据其形状、尺寸和生产规模的不同，主要可分为拉深成形、旋压成形。拉深成形时，板料在压边力的约束下，环形区域发生径向拉伸和切向压缩，底部几乎不参与变形，所以拉深成形工艺的制件易产生厚度不均匀，且凸缘部分在切向压应力过大时容易产生起皱现象。旋压成形在工艺适用范围上，它局限于成形空心回转件，不能成形出非回转形件。此外传统板料冲压成形需要冲压模具，在合模过程中通过对坯料整体施加压力，使得坯料发生整体塑性变形变成目标形状，在凹锥形件的加工中难以确定母线形状。发明内容发明目的：本发明的目的是提供一种抛物线型凹锥件的渐进成形方法，解决现有凹锥形件难以确定母线形状，加工过程中容易产生壁厚不均匀，以致发生破裂的问题。技术方案：本发明所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，通过三个锚点和一个曲线饱满值确定凹锥形件的母线轮廓，确定加工路径后，对工件在渐进成形机床上进行单道次渐进成形加工，具体包括以下步骤：1在平面内设置曲线的三个锚点，分别为指定起始点、指定终止点、指定控制点；2根据凹锥形件的母线形状为抛物线，设置曲线饱满值为0.5；3确定临界成形控制点，所述临界成形控制点X指的是凹锥形件单道次渐进成形中，恰好发生减薄时的凹锥形件最凹向内侧的凹锥母线所对应的指定控制点；4采用渐进成形技术对制件进行加工。有益效果：本发明采用三个锚点加一个曲线饱满值来确定抛物线型凹锥形件的母线形状，并采用渐进成形的方法对制件进行加工，便于优化成形质量并确定最佳轴向进给量和成型工具头尺寸，得到最优的工艺参数。该加工方法可保证壁厚的均匀，提高了制件的质量。附图说明图1是根据本发明的三锚点确定二次曲线示意图；图2是根据本发明的凹锥件外轮廓示意图；图3是采用根据本发明的渐进成形工艺制得的工件表面完好示意图；图4是采用传统工艺制得的工件会产生破裂现象示意图；图5是根据本发明实施例得到的抛物线型凹锥形件的厚度分布曲线。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。应当了解，以下提供的实施例仅是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的技术构思，本发明还可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。凹锥形件侧壁母线可有多种，如抛物线、双曲线、椭圆、圆弧等，这些曲线多为二次曲线，本发明公布了一种母线为抛物线型凹锥件的单道次渐进成形方法。抛物线型凹锥形件几何参数有高度H、底面开口直径D、板料初始厚度t0、底部圆角半径R。该方法的具体步骤如下：步骤一：在平面上设置三个锚点，分别为指定起始点、指定终止点、指定控制点。三个锚点中，指定起始点和指定终止点在目标二次曲线上，而指定控制点一般不在目标二次曲线上，如图1所示。对于底面开口直径为D，高度为H，顶部开口直径为d，圆角半径为R的目标制件，在回转体竖直截面内，以口部中心为坐标原点，径向方向定义为X轴，高度方向定义为Y轴方向建立直角坐标系。可根据工件实际形状改变起始点和终止点坐标，如图2所示，指定起始点为12d,H，指定终止点为12D,0，单位为mm，指定控制点X，Y可选择范围较广，为针对性研究指定控制点如何控制凹锥母线的形状，令X＝Y，因此指定控制点的坐标就变为X，X，把指定控制点坐标X,X简称为指定控制点X，曲线顶部附近经过圆角处理，圆角半径为R一小段圆弧，在凹锥件研究中影响很小。步骤二：曲线饱满值是一个用来控制凹锥件母线具体类型的参数，一般介于0到1之间。当曲线饱满值大于0小于0.5时，凹锥形件轮廓形状为椭圆；当曲线饱满值为0.5时，凹锥形件轮廓形状为抛物线；当曲线饱满值大于0.5小于1时，凹锥形件轮廓形状为双曲线。根据凹锥形件的母线形状为抛物线，设置曲线饱满值为0.5。步骤三：本发明采用渐进成形的方法对制件进行加工，需要定义临界成形控制点。凹锥形件单道次渐进成形中，恰好发生减薄时的凹锥形件最凹向内侧的凹锥母线，称为凹锥临界母线，其对应的指定控制点X称为临界成形控制点X。具体来说，采用单道次渐进成形凹锥形件，当指定控制点为X时，凹锥形件的壁厚基本都处于t理论1±10％范围内；而当指定控制点为X-1时，有节点的壁厚不处于t理论1±10％范围内；则把指定控制点X称为临界成形控制点X，记作X临界。根据实验结果，抛物线型凹锥件渐进成形过程中，当X为24时，开始出现减薄带，在X为23时较为明显，故可把X为24视为减薄带出现的抛物线型凹锥形件临界成形控制点X临界，即24,24为临界成形控制点坐标。步骤四：在渐进成形过程中，当制件母线的指定控制点X＜X临界时，由于单道次加工时易出现壁厚不均匀和制件破裂等现象，故一般采用多道次渐进成形方法进行加工；只有当制件母线的指定控制点X＞X临界时，制件在加工过程中不会发生明显的减薄，可采用单道次直接成形。渐进成形工艺的核心原理是借用快速原型制造技术中“逐层制造”思想，将复杂的三维形状零件沿Z轴方向离散，分割成一系列二维的断截面层，利用成形工具在这些二维断面层上分层逐点成形，以层为加工单元进行连续的局部等高线塑性加工。成形时只需借助数控机床和简单的工装夹具，使用预先编制好的数控程序驱动成形工具对板料进行分层逐点成形，依靠局部变形的累积，最终成形为产品零件。相较于拉深和旋压等锥形件成形方法，渐进成形的厚度减薄可以由成形路径控制，使得制件厚度比较均匀，且不易起皱。且渐进成形工艺可以在板料成形极限范围内成形出任意复杂的形状，不必一定局限于回转件范畴，相比适用范围较广。下面以一个实例进一步描述本发明的方法和效果。实例中采用本发明的方法加工高度为50mm，口部直径为100mm，母线类型为抛物线的凹锥形件。在数控机床上渐进成形加工凹锥件流程大致可分为下料、机床准备、夹具安装调整、坯料定位装夹、成形工具安装、加工代码导入、程序编译调试、机床加工。实验前的准备工作主要有路径设计、三维实体建模、机床加工代码生成，这些都可在计算机UG软件的CAM模块中进行，通过UG加工参数的设置，软件的CAM模块自动生成成形路径和相应的代码。在成型道次加工时，在UG软件CAM模块中，可根据道次的路径方程绕竖直轴旋转，生成可前期进行三维立体造型，其中，数控加工程序导入机床后并不能立即执行，需要保证机床坐标的中心和程序中默认中心的统一。具体操作步骤是：首先将三坐标轴调到基点位置，然后进行三坐标轴对刀。在X、Y方向上设定成形工具的中心，使它处于外轮廓支撑板及压板的中心时的坐标为0。在Z方向上设定工具头的最低点刚好与板料接触时坐标为0。三坐标轴对刀完毕后，安装好支撑底座和成形工具，选用合适大小的上下压板，压好板料并用螺栓固定好装置。确保前期上述各项准备完毕后，方可进行程序编译执行，待数控程序编译调试无误后，方可启动数控机床程序进行凹锥件渐进成型。指定起始点为6,50，指定终止点为50,0，指定控制点X设为25，曲线饱满值为0.5。选用初始坯料面积S0为πD2^2，变形后的板料面积S理论，S理论值可调用UG软件中高级仿真命令中曲面面积计算得出，设板料原始厚度为t0，假设成形后制件壁厚均匀厚度为t理论。由变形前后体积不变原则可得：S理论*t理论＝S0*t0，可计算出制件理论壁厚t理论。多道次渐进成形过程中，一般制件壁厚值在t理论1±20％mm范围内近似认为壁厚均匀，分别对应着制件理论壁厚的上下限。选用的板料原始厚度t0为1.3mm，加工上述形状的凹锥形件时，调用UG高级仿真命令计算出曲面面积S，根据S理论*t理论＝S0*t0公式，得到t理论为0.88mm，那么制件壁厚值在0.792-0.968范围内认为近似认为壁厚均匀。在数控机床上进行单道次渐进成形加工，加工过程轴向进给量选用0.25-0.5mm层，工具头直径选用10mm。采用上述单道次渐进成形方法在机床上进行加工后，得到凹锥形件的制件如图3所示，对比图4所示经由传统拉深工艺制得的工件，发现由渐进成形制得的工件不易发生破裂现象，表面质量也有所改善，其壁厚分布如图5所示，由图可知制件的壁厚基本在理论壁厚的上下限范围内，可近似认为壁厚均匀，没有发生明显的减薄。由此可以看出该加工方法保证了壁厚的均匀，提高了制件的质量。

权利要求：1.一种母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，采用三个锚点和一个曲线饱满值确定抛物线型凹锥形件的母线形状，再根据凹锥件的模型在数控机床上设置单道次加工路径，渐进加工成形，具体包括以下步骤：1在平面内设置曲线的三个锚点，分别为指定起始点、指定终止点、指定控制点；2根据凹锥形件的母线形状为抛物线，设置曲线饱满值为0.5；3确定临界成形控制点，所述临界成形控制点指的是凹锥形件单道次渐进成形中，恰好发生减薄时的凹锥形件最凹向内侧的凹锥母线所对应的指定控制点；4采用渐进成形技术对制件进行加工。2.根据权利要求1所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，所述步骤1中锚点的确定方法如下：对于底面开口直径为D，高度为H，顶部开口直径为d，圆角半径为R的目标制件，在回转体竖直截面内，以口部中心为坐标原点，径向方向定义为X轴，高度方向定义为Y轴方向建立直角坐标系，指定起始点为12d,H，指定终止点为12D,0，指定控制点坐标为X,X。3.根据权利要求1所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，所述步骤3中临界成形控制点的确定方法如下：根据体积不变原则V成形前＝V成形后计算成形后板料的理论壁厚t理论，当实际壁厚T与理论壁厚t满足0.90t理论≤T≤1.10t理论时，所对应的指定控制点称为临界成形控制点X，记作X临界。4.根据权利要求3所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，所述X取值为24。5.根据权利要求3所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，所述步骤4中，在渐进成形过程中，当制件母线的指定控制点X＜X临界时，采用多道次渐进成形方法进行加工；当制件母线的指定控制点X＞X临界时，采用单道次直接成形。6.根据权利要求5所述的母线为抛物线的凹锥形件渐进成形方法，其特征在于，在单道次渐进成形加工过程中，轴向进给量取0.25-0.5mm层，工具头直径选用10mm。

百度查询： 东南大学 母线为抛物线的凹锥形件成形方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD