[发明专利]连续不均匀压缩成形三维曲面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种板料成形方法，属于金属塑性加工领域，特别适用于双曲度三维曲面件的快速成形。

背景技术

三维曲面零件广泛应用于飞机、轮船、高速列车、化工容器等制造领域，在现代建筑结构以及城市雕塑中双曲度曲面的需求量也越来越大。这些曲面零件通常是单件、小批量生产，零件的形状多种多样，每种形状零件的数量不多。传统的模具成形技术适于零件的大批量生产，用于曲面零件的小批量加工时，模具成本太高，因而不再适用。由于传统的加工技术不能满足实际要求，单件、小批量曲面件的加工已成为诸多领域的技术瓶颈问题。

不均匀压缩连续成形三维曲面的方法是解决单件、小批量曲面成形问题的一种有效途径。这种成形方法所需的成形力小，设备结构简单、造价低，能实现三维曲面零件的快速、高效、低成本加工。

发明内容

本发明提供一种由金属板料连续成形出三维曲面的方法。金属板料在变形区内获得横向弯曲变形及厚度方向的不均匀压缩变形，不均匀压缩导致板料的伸长量沿横向不均匀分布，从而在弯曲横截面上造成附加的纵向弯矩，使板料纵向弯曲。随着板料的纵向连续进给，在横向与纵向弯曲变形的共同作用下，形成双曲度的三维曲面。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种连续不均匀压缩成形三维曲面的方法，使金属板料3连续进给，通过上、下成形工具之间的曲线形状缝隙被不均匀压缩后，在出口端形成双曲度的曲面4，所述的成形工具的缝隙的中线是曲线形状，并且缝隙的宽度是非等值分布，具体步骤如下：

1)确定成形件的目标曲面的主曲率方向，在曲面成形时，使金属板料3的进给方向即纵向与成形件目标曲面的一个主曲率方向一致，成形工具沿垂直于板料进给方向即横向布置，与成形件的目标曲面的另一个主曲率方向一致，并确定出成形件的目标曲面纵向曲率ρ_L及横截面曲线z＝c(x)，其中z为高度方向坐标。

2)确定上、下成形工具之间的缝隙宽度函数h(x)，该函数应为高度方向坐标z的线性函数，成形纵曲率与横曲率为同向的凸曲面4a时，缝隙2a的宽度值分布为中间小两边大，对于对称的凸曲面，缝隙2a的宽度计算公式为：

h(x)=[1-(1-c(x)d)dρL]H]]>

其中H为板料3的厚度；ρ_L为成形件目标曲面的纵向曲率半径；d为目标曲面横截面曲线c(x)上的最大高度差。

成形纵曲率与横曲率反向的鞍型曲面4b时，缝隙2b的宽度值分布为中间大两边小，对于对称的鞍型曲面，缝隙2b的宽度计算公式为：

h(x)=[1-c(x)ρL]H]]>

3)所述的成形工具为长条状，并有小挠度弯曲，其轮廓形状通过调形机构6进行调整，上成形工具轮廓形状曲线的计算公式为：f₁(x)＝c(x)+h(x)/2；下成形工具轮廓形状曲线的计算公式为：f₂(x)＝c(x)-h(x)/2。

4)成形出的曲面(4)其纵向曲率半径的计算公式为：