[发明专利]双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法

说明书

本发明公开了一种双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法。所述方法包括：依据期望形状建立目标三维数字模型；将其分解为多个矩形单元；在基于高斯曲率的约束条件下，依据最小能量原理求解每一个单元的应变最小能量加载轨迹，从而得到压头的目标加载位置以及支撑系统的设计布置位置；驱动压头在对应于目标加载位置处加载成形力，布置支撑系统在对应于设计布置位置处；加载成形力后，检测成形工件的实时形状，获取实时形状的点云数据，并构建实际三维数字模型；比较实际三维数字模型与目标三维数字模型的差值，若差值超出公差范围，则重复驱动压头加载成形力。采用该方法能够提升双曲面金属板材的渐进成形弯曲过程的工作效率以及成形精度。

技术领域

本发明涉及金属板材的成形技术领域，尤其涉及一种双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法。

背景技术

双曲面金属板材的成形一直是船舶工业、汽车工业以及航空航天工业等行业的技术难点，尤其是采用渐进成形技术加工双曲面金属板材。渐进成形技术是依靠逐次变形的累积而产生整体的变形，对于双向都存在弯曲的双曲面而言，在两个不同的方向(例如，横向上的弯曲与纵向上的弯曲)分别控制金属板材曲面的累积弯曲难度较大。

针对该问题，目前有文献提出了曲面金属板材的渐进成形弯曲设备及方法。然而，该方法实质上是基于Euler-Bernoulli梁的弯曲力学模型提出的渐进成形弯曲方法，其在实践中被发现更适用于单曲面金属板材的成形。至于较为复杂的双曲面金属板材，若仍然采用该方法成形获得期望的双曲面形状，则需要在金属板材上数量庞大的成形位置上进行成形弯曲，因而成形效率低下。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法，采用该方法在相对较少的成形位置成形弯曲，即可获得具有期望形状的双曲面金属板材。

本发明实施例提出了一种双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法。所述方法包括：

依据目标工件的期望形状建立目标三维数字模型；

将所述目标三维数字模型分解为多个矩形单元；

在基于高斯曲率的约束条件下，依据最小能量原理求解所述多个矩形单元中的每一个单元的应变最小能量加载轨迹，从而得到压头的目标加载位置以及支撑系统的设计布置位置，所述设计布置位置位于所述目标加载位置的下方；

驱动所述压头在待加工金属板材上对应于所述目标加载位置处加载成形力，布置所述支撑系统在所述待加工金属板材对应于所述设计布置位置处，所述待加工金属板材经渐进成形后成为成形工件；

加载成形力后，检测所述成形工件的实时形状，获取所述实时形状的点云数据，并依据所述点云数据构建实际三维数字模型；

比较所述实际三维数字模型与目标三维数字模型的差值，若所述差值超出公差范围，则重复驱动所述压头加载成形力。

可选地，在高斯曲率约束条件下依据最小能量原理求解所述多个矩形单元中的每一个单元的应变最小能量加载轨迹的过程包括：

将所述多个矩形单元之间采用虚拟弹簧联接；

建立关于应变最小能量的非线性目标函数；

在高斯曲率的约束条件下求解应变最小能量的最优解，从而得到双曲面板材成形沿高斯曲率方向的最小能量加载路径。

可选地，所述关于应变最小能量的非线性目标函数如下：

其中，D(u,v)为UV坐标系(u,v)下的参数曲面，金属板材由平面渐进弯曲成形为曲面时沿最大主曲率方向的应变及沿最小主曲率方向的应变分别为ε^s(u,v)和ε^t(u,v)，

而基于高斯曲率的约束条件如下所示：