[发明专利]一种用于翻边的两点渐进装置和方法

说明书

本发明涉及一种柔性翻边装置和方法，采用渐进成形工艺，控制成形工具与支撑工具沿着特定轨迹运动，逐渐加工四周固定的板料，从而成形用于提高零件刚度或者为后续组装提供组装配合面的翻边特征。板料两侧各有一通用工具沿着特定轨迹进行运动，因此本翻边方法具有高度工艺柔性。采用一种累积式的两点渐进翻边工艺策略，能够实现一道次渐进翻边，从而节约加工时间。

本申请要求2017年5月15日提交的美国临时申请62/506,039的优先权和权益，在此引入作为参考。

背景技术

渐进成形是一种快速制造工艺，采用通用工具沿着设计轨迹运动，逐渐加工四周固定的板料成为预定几何形状。与传统冲压相比，渐进成形不需要专用模具与压力机，因此可以缩短工艺时长和降低成本。此外，通过控制笔状成形工具沿着预先设计的三维轨迹运动，渐进成形可以轻易加工出自由曲面。

除了工艺柔性外，渐进成形的成形极限受到破裂成形极限的限制，比传统冲压中的成形极限要高。随着渐进成形的发展，出现了不同的渐进工艺，例如双面渐进成形、两点渐进成形、累积两点渐进成形和复合渐进成形，从而扩展了渐进成形技术的应用。

孔的翻边传统是采用冲压成形，在工业界中多用于提供管道接口面和提高零件刚度。基于上述的优点，渐进成形提供了一种试制翻边的快速方法。Cui和Gao等人首次研究了单点渐进孔翻边工艺[1]。他们采用不同预制孔径的AA 1060铝合金板，通过实验研究了三种单点渐进翻边轨迹策略的影响。Petek等人[2]结合对称孔和非对称孔研究了从下往上渐进翻边的可行性。上述研究证实了渐进成形孔翻边的可行性。Cao等人[3]设计了一种翻边工具，将从上往下的翻边改为从内往外的翻边[3]。除了轴对称的翻边外，Voswinckel等人[4]进一步研究了多道次的拉伸翻边和压缩翻边。上述研究证实了渐进成形对孔的翻边能力。

图6展示了之前研究工作中的渐进翻边方法。在翻边20没有被约束的情况下，采用工具140对其进行成形。成形翻边20可以采用不同的轨迹方案。图7展示了采用之前研究工作中的翻边方法加工出的翻边特征。目标几何形状在零件10中，具有倒角20a和直壁面20b。因为边界区域刚度不足，零件11具有不可控制的弯曲倒角11a和部分成形的直壁面11b。由于无约束的边界材料，零件12具有凸出的倒角12a和部分成形的直壁面12b。这两个零件可能是由不同材料，在不同工具轨迹和不同板料夹持下成形的。

上述实验研究集中于单点渐进成形，需要定制的板料夹持控制翻边精度，而采用定制的板料夹持将降低工艺柔性，增大工艺时长和提高成本。Bambach等人[5]开发了适应性液压板料夹持，可以降低成形边界区域材料的翘曲。但是，这种设计较为复杂，且仅适用于对称性翻边，限制了工艺的通用性。近期，Wen等人[6]设计使用带有斜肩的工具头对开放边界和孔边界进行翻边。通过实验寻找合适的斜肩角度，平衡板料的向下翘曲和向上翘曲。但是，这种方法需要多次实验试错，制约了工具头的通用性。而且，由于缺少合理的板料夹持，无法成形过渡倒角。

目前的设计采用两点渐进翻边装置和方法。两点渐进翻边是两点渐进成形的一种应用。工具为翻边专用设计。上工具头主要用于成形翻边特征和控制潜在的边界区域向上翘曲，下工具头主要用于支撑和减小潜在的边界区域向下翘曲。翻边过程采用累积的两点渐进成形策略。随着两工具头同步由内向外运动，孔边界材料被弯曲和挤压，沿着工具曲率从水平方向向竖直方向流动。从而，加工出竖直的翻边直壁面，翻边倒角的曲率半径在材料流动过程中由工具曲率所控制。

发明内容

本发明是一种简化的两点渐进翻边方法。如上所述，两点渐进成形是渐进成形的一种变形工艺，在板料的两侧各有一个工具头。在两点渐进翻边中，装置为特别设计。装置包括上工具头和下工具头。上工具头主要充当成形工具头和控制潜在的向上翘曲，下工具头主要充当支撑工具头和控制潜在的向下翘曲。上工具头和下工具头具有互补的设计形状，并且与翻边特征形状一致。成形过程中，上工具头和下工具头与零件均为线接触。