金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析
金属加工机械的优化与改进
金属加工机械的优化与改进金属加工机械在现代制造业中扮演着举足轻重的角色随着科技的进步和工业生产的需求，对金属加工机械的优化与改进成为了提高生产效率、降低成本、提升产品质量的关键本文将详细探讨金属加工机械的优化与改进的方法和策略1. 金属加工机械的现状金属加工机械在各种制造业中有着广泛的应用，包括切割、焊接、铸造、热处理等然而，传统的金属加工机械存在着诸多问题，如效率低下、能耗高、精度不足、维护困难等这些问题严重制约了生产效率和产品质量，也增加了生产成本2. 优化与改进的方法为了提高金属加工机械的性能和效率，可以从以下几个方面进行优化与改进：2.1 技术创新技术创新是提高金属加工机械性能的核心可以通过引进先进的技术和设备，或者自主研发新技术和新设备来实现例如，采用激光切割、数控加工、机器人焊接等技术，可以大大提高加工效率和加工精度2.2 工艺优化工艺优化是提高金属加工机械生产效率的重要手段可以通过优化加工工艺流程、改进加工参数、提高设备利用率等方式来实现例如，合理设置加工参数，可以提高加工速度和加工质量，减少加工时间和加工成本2.3 设备维护设备维护是保证金属加工机械正常运行和延长使用寿命的关键要定期进行设备检查、保养和维修，确保设备处于良好的工作状态同时，要加强对操作人员的培训，提高他们的操作技能和维护意识2.4 智能化升级智能化升级是金属加工机械发展的趋势可以通过引入智能化控制系统，实现设备的自动化、数字化和网络化，提高设备的智能水平和自主决策能力例如，采用智能监控系统，可以实时监测设备的工作状态和运行参数，及时发现和解决问题3. 优化与改进的策略为了实现金属加工机械的优化与改进，需要制定合理的策略3.1 加强研发投入加强研发投入是实现金属加工机械优化与改进的基础要加大对新技术、新设备研发的投入，提高研发能力和研发水平同时，要加强与高校、科研机构的合作，共同开展技术研究和人才培养3.2 提高人员素质提高人员素质是实现金属加工机械优化与改进的关键要加强操作人员和技术人员的培训，提高他们的专业技能和综合素质同时，要注重人才引进和人才激励，吸引更多的高素质人才加入3.3 加强质量管理加强质量管理是实现金属加工机械优化与改进的保障要建立完善的质量管理体系，加强质量检测和质量控制，确保产品的质量和性能同时，要积极采用国际标准和先进技术，提高产品的竞争力和市场占有率4. 总结金属加工机械的优化与改进是提高生产效率、降低成本、提升产品质量的重要手段通过技术创新、工艺优化、设备维护和智能化升级等方法和策略，可以实现金属加工机械的性能提升和效率提高同时，要加强研发投入、提高人员素质和加强质量管理，为金属加工机械的优化与改进提供有力支持金属加工机械的智能化与绿色化改进随着科技的飞速发展，制造业对金属加工机械的要求也越来越高智能化与绿色化已成为金属加工机械发展的两大趋势本文将探讨金属加工机械的智能化与绿色化改进措施，以提高生产效率、降低成本、减少能耗和污染1. 金属加工机械智能化改进智能化改进是金属加工机械发展的重要方向通过引入智能化技术，可以提高金属加工机械的自动化程度、加工精度和可靠性1.1 智能控制系统智能控制系统是金属加工机械智能化的核心通过采用先进的控制算法和传感器，实现对加工过程的实时监控和自动调节，从而提高加工质量和效率例如，采用模糊控制算法和压力传感器，可以实现金属切削过程中刀具的压力自动调节，提高加工质量和刀具寿命1.2 应用技术在金属加工机械中的应用也越来越广泛通过采用机器学习和深度学习算法，可以实现对加工数据的智能分析和优化例如，采用机器学习算法，可以对金属加工过程中的参数进行优化，提高加工质量和效率1.3 机器人应用机器人在金属加工机械中的应用也越来越多通过引入机器人，可以实现金属加工过程的自动化，提高生产效率和加工质量例如，采用焊接机器人，可以实现焊接过程的自动化，提高焊接质量和效率2. 金属加工机械绿色化改进绿色化改进是金属加工机械发展的另一大趋势通过改进设备和工艺，降低能耗和污染，实现可持续发展2.1 节能技术应用节能技术在金属加工机械中的应用具有重要意义通过采用高效电机、变频器和节能控制系统，可以降低能耗，减少对环境的影响例如，采用变频器控制金属切割机的电机转速，可以实现节能效果2.2 环保材料应用在金属加工过程中，采用环保材料可以减少污染例如，采用无毒、无害的润滑剂和冷却液，可以减少对环境和人体的影响2.3 工艺改进工艺改进是实现金属加工机械绿色化的关键通过优化加工工艺，降低能耗和污染例如，采用低温切削技术，可以降低切削过程中的温度，减少能耗和污染3. 优化与改进的策略为了实现金属加工机械的智能化与绿色化改进，需要制定合理的策略3.1 政策支持政府应加大对金属加工机械智能化与绿色化改进的政策支持例如，提供研发资金、税收优惠等政策，鼓励企业进行智能化与绿色化改造3.2 企业投入企业应加大投入，进行金属加工机械的智能化与绿色化改造通过投资新技术、新设备，提高生产效率，降低成本3.3 人才培养人才培养是实现金属加工机械智能化与绿色化改进的关键企业应加强与高校、科研机构的合作，共同培养专业技术人才4. 总结金属加工机械的智能化与绿色化改进是提高生产效率、降低成本、减少能耗和污染的重要手段通过引入智能化技术和绿色化工艺，可以实现金属加工机械的性能提升和可持续发展同时，政府、企业和人才培养等方面的支持也是实现金属加工机械智能化与绿色化改进的关键应用场合智能化改进应用场合1.自动化生产线：在自动化生产线中，智能化的金属加工机械可以实现工件的自动上下料、自动加工、自动检测等功能，大大提高生产效率2.复杂零件加工：对于形状复杂、加工精度要求高的零件，采用智能化金属加工机械可以通过优化加工参数和工艺，提高加工精度和质量3.远程监控与维护：在远程监控系统中，智能化金属加工机械可以通过网络实现数据的实时传输，便于工程师进行远程监控和维护4.故障预测与自适应：通过收集和分析金属加工机械的运行数据，可以预测设备可能出现的故障，并自动调整加工参数，保证加工过程的稳定绿色化改进应用场合1.节能减排：在需要大量使用金属加工机械的场合，如大型制造业工厂，采用绿色化改进的金属加工机械可以降低能耗，减少废气排放2.环保要求严格的场合：在环保法规严格的地区或行业，采用绿色化金属加工机械可以满足环保要求，避免因违反规定而产生的罚款或停工3.可持续发展战略：对于注重可持续发展的企业或组织，采用绿色化金属加工机械可以减少对环境的影响，提升企业形象注意事项智能化改进注意事项1.技术成熟度：在选择智能化金属加工机械时，应考虑相关技术的成熟度，避免选择尚处于研发阶段的技术2.数据安全：在实现智能化金属加工机械的过程中，应确保数据的安全性，防止数据泄露或被恶意利用3.人员培训：智能化金属加工机械需要操作人员具备一定的计算机和自动化知识，因此需要对人员进行相关培训绿色化改进注意事项1.成本效益分析：在进行绿色化改进时，应进行详细的成本效益分析，确保投入产出比合理2.兼容性：在引入绿色化技术和设备时，应考虑与现有设备和工艺的兼容性，避免因技术不兼容而导致设备闲置3.法规遵守：在进行绿色化改进时，应确保符合当地的法律法规要求，避免因违反规定而受到处罚4.持续改进：绿色化是一个持续的过程，企业应不断收集反馈信息，对金属加工机械进行持续的改进总结而言，金属加工机械的智能化与绿色化改进应根据具体的应用场合和需求来进行，同时要注意相关的事项，确保改进措施的有效性和可行性通过智能化与绿色化改进，金属加工机械能够更好地满足现代制造业的需求，提高生产效率，降低成本，减少能耗和污染，推动制造业的可持续发展。
金属板料单点渐进成形变形控制策略
金属板料单点渐进成形变形控制策略张国新1，戴京东2（1无锡科技职业学院中德机电学院，无锡214000；2 澳富特精密快速成形科技有限公司，无锡214000）摘要：为了有效控制金属板料单点渐进成形变形，根据成形件结构，分析其成形变形机理，提出了有效控制变形措施：采用打钉限位法，可有效控制由于后续成形力作用而产生的变形；采用局部刚性支撑结构，可实现小曲率区域完全塑性成形；采用过矫正成形法，可控制板料成形的局部回弹；优化成形件结构，可减少板料成形时的回弹量；利用加工硬化原理，可控制平坦曲面成形时的回弹；通过去应力退火，可提高板料成形塑性又可消除板料成形时内应力；采用分层等高成形法编制成形程序，可有效控制双峰制件的结构成形时的变形。
通过生产实践验证，这些措施有效可靠，对板料单点渐进成形技术的广泛应用与实际生产具有较强的适用价值。
关键词：板料成形；单点渐进成形；变形控制；回弹中图分类号：TG306Sheet metal incremental forming a single point deformation control strategyZHANG Guo-xin 1，DAI Jing-dong2(1 Sino-German College of mechanical and electrical ，Wuxi college of Science and Technolog ,JiangSu Wuxi 214000, China；2 AFTTECH Co. Ltd, JiangSu Wuxi 214000, China) Abstract ：In order to effectively control sheet metal incremental forming single point deformation, this paper analyzes its forming deformation mechanism and puts forward some effective measures to control deformation.1)The nailing limit method can effectively control the following-up forming force and deformation of role. 2)The partial rigid support structure can realize complete plastic forming in small curvature area.3)The overcorrection forming method can control the sheet metal forming local rebound.4) Forming structure Optimization can reduce the sheet metal spring- back.5) The work-harden principle can control surface spring-back on flat surface. 6)Stress relieving improves the plastic sheet metal forming and can eliminate sheet metal forming stress.7)The accordant layered forming method can effectively control the structure distortion of petronas doublet. These measures are proved effective and reliable in production. It can be widely applied in sheet metal single point incremental forming process and actual production.Key words：sheet forming；single-point incremental forming；Deformation control；springback；引言金属板材单点数控渐进成形技术就是一种先进的柔性加工工艺。
金属板材的数控单点渐进成形技术
金属板材的数控单点渐进成形技术
华中理工大学 莫健华
本次深圳培训班讲课的亮点在于金属板材的数控单点渐进成形技术。
该技术获得国家自然科学基金资助、科技部科技型中小企业创新基金的资助，并获得中国发明专利。
该技术是一种无模具成形方法。
其基本原理是引入快速成形制造技术“分层制造（Layered
Manufacturing ）”的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向分层，形成一系列断面二维数据，并根据这些断面轮廓数据，从顶层开始逐层对板材进行局部的塑性加工。
加工过程是：在计算机控制下，安装在三轴联动的数控成形机床上的成形压头，先走到模型的顶部设定位置，即加工轨迹的起点，对板材压下设定的压下量，然后按照第一层断面轮廓，以走等高线的方式，对板材施行渐进塑性加工。
在模型顶部板材加工面形成第一层轮廓曲面后，成形压头再压下一个设定高度，沿第二层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓曲面。
如此重复直到整个工件成形完毕（图1）。
这种成形技术很适合汽车新车型开发时，用于快速制造概念车的覆盖件。
也适合航空业中飞行器的开发和制造；其他壳形件的快速制造。
图2、3、4是用该技术加工的工件。
成形压头 加工轨迹 成形部分 板料
图1 汽车覆盖件的渐进成形模拟图
图2 汽车门外覆盖件 图3 工艺品 图4 汽车翼子板覆盖件。
金属板料渐进成形专利技术分析
金属板料渐进成形专利技术分析作者：易明军贾晓雪来源：《科学与技术》2018年第26期摘要：板材数字化渐进成形技术具有无需专用模具、可提高板材成形极限、可用于加工变形程度大、形状非常复杂的板材零件、易于实现板材成形自动化等特点，适用于小批量、多品种、难成形的钣金件加工。
本文通过对金属板料渐进成形的专利申请从申请年度分布、技术原创国分布、申请目标国分布进行了分析，并列出国外和国内的主要申请人，分析了金属板料渐进成形的技术演进过程，为熟悉的金属板料渐进成形提供一些参考。
关键词：渐进成形；增量成形；逐次成形一、渐进成形简介金属板材渐进成形是引入快速原型制造技术（rapid prototyping）的分层制造（layered manufacturing）的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向离散成许多断面层（即分解成一系列等高线层），并生成各等高线层面上的加工轨迹，成形工具在计算机控制下沿该等高线层面上的加工轨迹运动，使板材沿成形工具轨迹包络面逐次变形。
渐进成形包括两种方式，即正向成形（双点渐进成形TPIF）和反向成形（单点渐进成形SPIF），如图1、2所示，从图中可见，正向成形在与工具头相对的一侧设置有支撑模型，工具头对板料位于支承模与夹具之间的部分加压，同时夹具与工具头同向运动，从而在板料上形成凸起；而反向成形时，夹具固定不动，工具头对板料位于夹具之间的部分加压，从而在板料上形成凹腔。
负成形可以成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单的夹具，板料由夹具夹紧，然后成形工具头按设定好的程序实现分层加工，每加工一层，成形工具头便下降一定距离，进行第二层的加工，如此直至结束，在加工过程中夹具夹紧板料始终不动。
反向成形及板料成形角原理示意图如图1所示。
形状复杂的零件要用正向成形的方法。
在正向成形方法中，需要支撑模型，支撑模型的形状要与所成形的零件的形状一致，这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别，支撑模型的精度要求不是很高，并且材料的选择比较灵活。
金属板材智能渐进成形关键技术及其应用
金属板材智能渐进成形关键技术及其应用
本项目为了克服难成形金属板材（如，AZ系列镁合金、TC系列钛合金等）室温成形性能较差、成形效率较低、成形质量较差等问题，提出了一种油浴辅助加热渐进成形新技术，将难成形金属板材的优异机械性能和渐进成形技术的先进性有机结合在一起，并对油浴辅助加热渐进成形新技术的微观成形机制、成形零件缺陷形态及其形成原因和解决措施、渐进成形工艺及渐进成形设备改进等多个方面进行了理论分析和实验研究。
该项目采用机器视觉技术和模糊识别处理技术实时监测并记录渐进成形过程中已经成形表面的变形情况，识别金属板材数控渐进成形零件的表面质量、尺寸误差、壁厚误差、破裂和回弹等缺陷状况，建立缺陷形态预估模型，提高成形零件质量。
该项目采用人工智能技术建立工艺参数修正及优化模型，动态在线规划工艺参数及刀具路径，优化工艺过程，缩短成形时间，提高成形效率。
该项目很好的解决了航空航天、交通运输及医疗器件等产业中单件、小批量个性化定制及产品开发试制中的高费用问题，并增加高端制造装备的科技附加值。
推广应用该项技术，能够在不增加设备投入的情况下，极大地提高难成形金属板材的成形性能、成形质量和成形效率，对促进渐进成形技术的进步和成形零部件生产制造都具有十分重大的现实意义。
基于计算机控制系统金属材料加工工艺成型分析
基于计算机控制系统金属材料加工工艺成型分析摘要：随着我国经济发展迅速，金属材料加工行业逐渐扩大。
金属材料具有坚硬的质地和耐磨导热性好的特性，所以是很多机械零件加工的首选材料，但随着精密仪器的生产技术要求越来越高，对金属材料的加工和技术成型材料要求也逐渐提高，因此提出金属材料加工与控制成型技术探讨这一课题。
首先改变原有的金属材料切割工具，然后通过加入化学试剂减少金属材料加工的精度误差，对金属材料控制成型进行预设定。
最后完成金属材料控制成型智能化设计。
设计对比实验，实验结果表明此方法比传统方式切割金属材料速度更快，可以提高金属材料加工的加工效率。
关键词：计算机控制；金属材料；加工工艺；成型引言随着工业进程的逐步完善，我国机械制造行业取得了巨大的进步，与此同时，计算机技术的发展加快了机械设备自动化加工的进程。
金属材料在我国机械设备整件和零件制造中是不可缺少的一种材料，也是自动化加工常见的材料。
金属材料因可塑性较强，受热易成型，加工工艺简单，回收率较高，是一种备受机械制造行业青睐的加工原料，但同时金属材料也存在受热易发生形变、加工温度不好控制而导致零件生产误差过大的问题。
随着对材料种类的研究逐渐深入，一些人工制造的有机复合材料被研发出来，添加了金属单质和其他有机复合材料的材料，其可塑性、耐磨损性、硬度、抗形变性较金属单质均有了极大的提升，这进一步拓宽了机械设备制造可选材料的范围，为零件制造和机械加工工艺的发展奠定了物质基础。
1计算机控制系统计算机控制系统也被称为数字控制系统，是指以计算机为主并协助一些部件与被控制的对象所关联的自动化控制系统。
计算机控制系统是以计算机技术为基础并将控制理论与之结合所诞生的一门全新的科技，在农业、军事以及工业领域等范围应用较广。
随着计算机控制技术的不断发展、完善，以及科研人员对计算机技术的不断创新，计算机控制系统的设计理论与应用领域也越来越广。
计算机控制系统主要分别包含为软件与硬件两部分。
基于数值模拟的板材渐进成形过程研究_胡建标
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差 为0.0135， 因 此 ，ΔZ=0.5 mm 时 所 获 得 的 壁 厚 比
ΔZ=1.0 mm 时均匀。
一般地，根据几何关系，在下压量远小于球头直
径的情况下， 残余高度 H 与球头直径 D、 下压量
1.05
0.95
0.85
0.75 45°
0.65
0.55
30°
0.45 45 55
65 75 85 95 105 115 距零件中间距离 / mm
图 6 不同半顶角下厚度分布 Fig.6 Thickness distribution at different α
Hale Waihona Puke 图 7 是上述 30°和 45°圆 锥 台 在 样 点 处 的 等 效 塑性应变随时间的变化曲线。可知，所有曲线呈阶梯 状， 表明数控渐进成形工艺是靠板料局部塑性变形 累积来获得最终零件形状的过程， 也是其提高板料
压板 工具头
托板
板料 支撑
图 1 有限元模型 Fig.1 The FEM model
模 型 中 板 料 是 400 mm × 400 mm × 1 mm 的 DC56 钢板，用 Mises 屈服准则描述，其中流动 应力
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Hot Working Technology 2011 , Vol.40 , No. 15
Fig.7 Strain histories of samples at different nodes
成形极限的原因。 除等效塑性应变在圆角 A 点处基 本 相 同 外 ，30°圆 锥 台 的 等 效 塑 性 应 变 最 大 值 在 另 外 三点处均大于 45°圆锥台， 说明半顶角对零件壁厚 有极大影响。 2.2 不同工具头直径对板材变形分布的影响
金属板材单点渐进成形过程数值分析
（３）该技术是对板材局部加压，变形连续积累而达到整体成形，具有变形工艺力小，设备小，投资少；近似于静压力、振动小、噪音低，可以成形其他技术无法成形的零件。
（４）易于实现自动化，三维造型，工艺规划，成形过程模拟、成形过程控制等过程全部采用计算机技术，实现ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ一体化生产，是一项很有发展前途的先进制造技术。
但到目前为止该技术还限于实验室研究阶段，而且大多数仅限于研究轴对称零件，零件形状简单，有关基础理论的研究还没有展开。
日本的ＡＭＩＮＯ公司制造出样机，但缺乏相应的成形基础研究，缺乏基于成形理论的控制软件。
除了同本（和我国华中科技大学）有少量报道［”】，国内外还没有作广泛研究。
图１．２日本ＡＭＩＮｏ公司所开发的一种样机圈１．３数字化无模渐进成形加工的薄壳类样件目前国内华中科技大学快速成形中心也已经开发出样机，如图１．４所示，１．４板材单点渐进成形样机图１．５成形的样梓ＡＮＳＹＳ／Ｌ￥＿ＤＹＮＡ是全缴界范围连最知名的有限元显式求解程序。
程序翼：发的最初稿的是为北约组级的武器结构设计、防护结构服务，是该组织的ＰｕｂｌｉｃＤｏｍａｉｎ程序，后来巍驶化后广泛传揆剔世爨各地的研究机构和大学。
从理论肇口算法蕊言，ＬＳＤＹＮＡ怒嗣前所有的显式求解程序的弊租和理论基础。
经过多年豹发展，ＬＳＤＹＮＡ已经成为功能最丰寓、应用领域最广、全球用户最多的有限元显式求勰程序。
ＡＮＳＹＳ／Ｌ￥ＤＹＮＡｔ２７１１２８］ｆ２９】的应用领域是：各种爆炸过程仿真、高速弹丸对板靶的穿翠模拟、离速碰潼模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故簪｝起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全惜的可靠性分析）、零件制造（冲逶、锻压、铸造、挤压、礼制、越塑性成形等）、机械部件的运动分析、建筑物的地震设计、罐状容器的设计、生物医学工程等这些高度非线性复杂瞬态动力学闯题。
·高发非线性瞬态动力分析高速大整碰撞分辑·复杂运动学分析爨１。
金属板料数控渐进成形技术研究
引言 自社会进入工业化时代以来，传统的小规模生产技术已无 法满足现今社会大批量生产的要求。面对现今竞争激烈的工业 化社会，各行业为达到大批量高速率的生产要求，不得不从其 生产技术上加以改进。是以，金属板料数控渐进成形技术正是 在这样时间紧凑的时代中被诞生，且随着这几年的发展，这项 技术已被广泛应用于各行业产品生产工作中，并为各个领域提 供了极快的生产速率。 一、金属板料数控渐进成形技术的定义 由实际应用效果可见，金属板料数控渐进成形技术是一项 无模成形的新型生产技术。这项技术主要利用的是将零件的信 息转换生成代码后，再以生产核心机器发布指令给下层机器的 方式进行产品生产的，其整个生产过程无需用到产品生产的模 型用具，从很大程度上提高了工业生产的效率，全面符合大规 模生产的标准。且这项技术通过计算机技术控制成形工具头对 生产材料进行加工，其还有一大好处，便是利用这种技术生产 产品时，不会限制产品的结构与外形，是一种将生产技术与产 品设计融为一体的快速生产方式。 二、金属板料数控渐进成形技术的生产方式 从其系统结构分析，可以发现数控渐进成形系统主要由工 具头、向导装置、托板、夹具与主体这几个部分构成，且其生 产的方式包括正负两种形式。在利用数控渐进成形设备生产产 品时，可以根据产品的难易度对其进行划分，并选择不同的形 式生产该产品。针对所生产的产品结构较为简单时，则采取负 成形加工的方式生产产品，这种形式是利用生产工具头从板料 内层向外层进行形状塑造的，其首先将材料的外边线利用压脚 压住，再由生产工具头从其边线往里作业，最终塑造出所生产 的产品外形。而面对产品结构较为复杂时，该系统则采取正成 形加工的方式，这种方式塑造产品外形时的工作步骤与负成形 的方式有所不同，其是利用夹具将材料固定，再由工具头延上 下的方向进行成形工作的。如此一来，则可以打破以往外形过 难无法塑造的技术限制，并节省了产品磨具打造的时间，提高 了产品加工厂的生产效率，从而促进了我国工业生产经济利益 的提升。 三、金属板料数控渐进成形技术的优势 根据实际应用效果分析可以见得，这项技术与以往的生产 技术相比，其拥有以下几点优势：(1) 数控渐进成形技术具有自 动化生产的能力，与以往生产技术相比，该技术突破了以往需 要人力操作机器的生产方式，其利用计算机技术将产品外形设
数控加工程序优化方案
数控加工程序优化方案一、引言随着制造业的发展，数控加工技术在工业生产中的应用越来越广泛。
数控加工程序的优化对于提高加工效率、降低成本以及提高产品质量具有非常重要的意义。
本文将深入探讨数控加工程序优化的方案，以及如何通过优化程序来实现加工效率的提升。
二、数控加工程序的优化目标1. 提高加工效率：通过对数控加工程序进行优化，可以降低加工时间，提高生产效率。
2. 降低生产成本：通过优化加工程序，可以减少浪费和损耗，降低生产成本。
3. 提高产品质量：优化加工程序可以提高加工精度和表面质量，从而提高产品的质量。
4. 提高设备利用率：优化加工程序可以更好地利用设备资源，提高设备的利用率，减少设备闲置时间。
三、数控加工程序的优化方案1. 加工路径优化加工路径是数控加工中非常重要的一个环节，它直接影响加工的效率和质量。
在进行加工路径优化时，需要考虑以下几个方面：（1）减少切削次数：通过合理调整切削路径和切削深度，可以减少切削次数，从而提高加工效率。
（2）避免空载行程：空载行程是指刀具在空中移动而没有进行切削的过程，这种行程会浪费时间和能源，因此需要尽量避免。
（3）优化进给速度：根据不同的材料和工艺要求，合理调整进给速度可以提高切削效率。
（4）减少切削力和切削温度：通过合理调整切削参数，可以减少切削力和切削温度，从而提高刀具的寿命和加工质量。
2. 刀具路径优化刀具路径是指刀具在加工过程中的移动轨迹，刀具路径的优化对于提高加工效率和质量非常重要。
在进行刀具路径优化时，需要考虑以下几个方面：（1）减少空载移动：同样需要避免刀具在空中移动而没有进行切削的情况，从而减少时间和能源的浪费。
（2）合理选择刀具：根据加工零件的形状和材料特性，选择合适的刀具类型和参数，可以提高切削效率和质量。
（3）避免重切：在刀具路径规划中，需要避免重复切削同一部分材料，以减少切削次数和提高刀具寿命。
3. 加工参数优化加工参数的优化对于提高加工效率和质量也具有非常重要的意义。
金属板材单点渐进成形数值模拟及机理探讨
学术研讨127在现阶段的板材加工技术中，无模成形技术得到了广泛重视，应用也越来越普遍，这种加工成形技术是对于传统模具成形技术的升级，渐进成形技术更加适用于小批量、多品种的工件加工，对于一些行业的多样化零件需要能够提供个性化的服务。
目前金属板材的单点渐进成形技术应用中还有一些不足和问题，针对实际加工中的工艺参数的选择，对于成形加工中的破製问题的避免，这些都需要解决，在相关的物理实验中，一般很难直接获取成形加工中相应的压应力、应变力等数据，多是通过间接测量来掌握一些局部数据的，无法为渐进加工过程提供精准的数据参考和变形机理，对此尝试通过使用有限元数值模拟来实现，能够有效解决这一问题，将其应用到渐进成形机理的研究中，能够对于板材成形工艺效果进行有效提升。
金属板材单点渐进成形数值模拟及机理探讨◊池州职业技术学院孙亮罗佳1金属板材单点渐进成形原理金属板材的渐迸换主要是通过将分层制造以及快速原型制造技术结合起来，通过在三维立体模型中按照一定的高度以及方向离散成多个断面层，形成不同等高线层面的具体加工轨迹，在相关的翊工具辅助下，按照等高线层面上加工轨迹运动，确保板材能够沿着腳工具轨迹进行逐渐变形，也就是通过工具头的运动的包络面来替换传统模具的型面，实现对于金属板材的逐次局部变形，最后将板材冲压程序要的工件形态的过程。
这板材加工技术通过对于代加工金属板材进行固定，利用夹具来固定代加工板材的位置，也可以葩使用馳圈将板材上下部位压紧，相应的压边圈也可以按照实际的成形需要来对于板材进行上下移动，再将设备和代加工部件固定在三轴数控机床中，在 成形加工的过程中，机床按照设定好的编程进行成形轨迹生成和加工，工具头沿着等高线的行加逸动，根据首层截面轮廓的成形轨迹来设置相关指令，针对飯板材《^塑性加抄作，强成首层截面加工后，将工具头沿着轴的方向进行下压，继续进行下一层的截面轮廓成形轨迹加工，重复上述的操作过程，最终完成曲加工任务。
金属板料数控渐进成形机床设计
金属板料数控渐进成形机床设计孔波;周燕飞;高霖【摘要】This paper introduces the principles and classification of increase forming of sheet metal; then the major mechanical structure design of a small-sized CNC incremental forming machine is also introduced, such as the overall layout, server-feed system and raising platform. The machine can meet the requirements in scientific research and teaching application, and is helpful to improve the students' knowledge of CNC incremental forming machine.%首先介绍了金属板料渐进成形技术的原理和分类；然后介绍了一种小型金属板料数控渐进成形机床的总体布局、伺服进给系统以及升降台部件等主要机械结构设计.该机床能够满足科研以及教学上的使用要求,有利于提高学生对金属板料数控渐进成形机床的认识.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P69-72)【关键词】渐进成形;机床结构设计;升降台【作者】孔波;周燕飞;高霖【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TG659金属板料渐进成形技术属于先进制造技术，是顺应现代制造业所要求的快速、低成本、柔性等技术趋势而产生的［1］。
该技术可以直接应用于汽车工业、航空航天飞行器、医疗器具、家居装饰品、厨房用具、洁具、工艺美术品等产品的制造上［2］，具有广阔的应用前景。
金属加工中的数控加工工艺改进
金属加工中的数控加工工艺改进随着科技的不断进步，数控加工技术在金属加工领域中得到了广泛的应用。
数控加工工艺的改进和优化对于提高产品质量、提高生产效率以及降低成本具有重要意义。
本文将探讨金属加工中数控加工工艺的改进和优化方面的一些关键问题。
一. 数控加工工艺的现状分析在金属加工领域，数控加工工艺已经成为主流。
然而，目前仍存在一些问题。
首先，机床精度不高，影响了加工的精度和质量。
其次，工艺参数设置不合理，导致了加工效率低下。
此外，刀具的选择和刀具磨损等问题也需要解决。
二. 精度提升的技术改进为了提高数控加工的精度，可以采取以下几种技术改进措施。
首先，改进机床的结构和传动系统，提高机床的刚性和稳定性。
其次，采用更加精密的测量设备对加工过程进行监测和控制，及时调整工艺参数。
此外，可以采用先进的磨削技术提高刀具的精度和寿命。
三. 提高加工效率的工艺优化为了提高数控加工的效率，需要进行工艺优化。
首先，通过合理的工艺规划和加工路径优化，减少空程时间和切削时间，提高生产效率。
其次，根据原材料的特性和产品的要求，合理选择切削参数，减少切削力和切削温度。
此外，可以采用多工序同时进行的并行处理技术，提高生产效率。
四. 解决刀具选择和刀具磨损问题在数控加工中，刀具的选择和刀具磨损对于加工结果至关重要。
为了解决这个问题，可以从以下几个方面进行改进。
首先，选择合适的刀具材料和刀具形状，提高切削性能和寿命。
其次，采用刀具自动换刀系统，减少人工干预，提高生产效率。
此外，可以采用在线监测技术对刀具磨损进行实时监测，及时更换磨损严重的刀具。
五. 自动化技术的应用随着自动化技术的不断发展，其在数控加工中的应用也越来越广泛。
自动化技术可以提高加工的自动化程度和智能化水平，减少人工操作的干预。
例如，可以应用自动装卸料系统、自动化测量和检测系统、自动化控制系统等，实现数控加工的全自动化生产。
六. 增强人机交互界面为了提高数控加工的操作便捷性和人机交互性，可以改进人机交互界面。
金属板料数字化渐进成形工艺研究
金属板料数字化渐进成形工艺研究摘要：本文围绕板材数控单点渐进成形技术的工艺规划的一般原则的建立和加工轨迹优化方法。
主要内容包括基于理论分析和实践经验的一般性工艺规划和针对解决实际问题的加工轨迹优化处理。
关键词：数字化成形快速成形加工轨迹1 引言金属板材数控单点渐进成形技术是一种数字化的柔性加工技术，与传统的塑性成形技术相比，具有不需要设计、制造模具，小批量多品种加工板材零件的优点。
其柔性的特点决定了该项技术尤其适合于新产品开发阶段的板料零件成形，如日用品、汽车覆盖件、航天航空产品的研制阶段的工作，利用该技术可以大大缩短产品开发周期，降低开发成本和新产品开发的风险。
本文根据在加工过程中的一些实例，在UG软件进行使用方法的介绍，供同行们参考。
2 金属板料塑性成形技术的概述2.1 传统板料塑性成形技术金属板料通过塑性成形方法可以加工成各种零件，它们被应用于国民经济和日常生活的各个领域中。
例如汽车行业、航天航空、电机电器、食品包装、建筑等工业用品、家庭用品及家居装饰品、工艺美术品、医疗器械、家用电器等日常用品都大量使用金属板料塑性成形件。
传统的板料塑性成形技术的加工过程通常包括两个阶段。
第一阶段是模具的设计与制造阶段；第二阶段是采用模具的生产阶段。
这种加工方式的优点是，一旦模具设计制造成功后，可以大批量的生产需要的零件。
但是，因为在模具的设计制造过程中，需要反复的对模具进行修改，这样就表现出模具的设计、制造费用高、周期长，使板材零件的应用范围受到限制。
2.2 板料塑性无模成形技术二十一世纪是以知识经济和信息社会为特征的新时代，制造业正面临着空前严峻的挑战。
如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，以满足信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品的要求，是企业生存和发展的关键。
传统的板料塑性成形技术已经不能够满足这种要求，市场经济要求提高成形的柔性。
提高塑性加工柔性的方法有两种途径”，一是从机器的运动功能上着手，例如多向多动压力机，快速换模系统及数控系统。
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化
厚 变 薄有一 最佳 值 。 （ 本 文 公 式 由 圆管无 芯绕 弯 （ 管 模 旋 转 ） ５） 弯 式 方 法 得 出 ， 否 适 用 于 圆 管 的其 他 弯 曲 方 法 ， 待 于 是 有
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文 章 编 号 ：６ ２ ０ ２ （ ０ ６） ３ ０ ８ — ４ １ ７ — １ １２ ０ ０ — ０ ８ ０
金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化
方景 春 ，莫健 华 ，赵 忠 。 黄 树 槐
（ 中科技 大 学 塑 性成形 模拟 及模 具技 术 国家 重 点实验 室 ， 北 华 湖
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【 考文献 】 参
【】 唐荣锡． ｌ 飞机钣金工艺． 北京 ： 国防工业出版社， ８ ． １ ３ ９ 【】 吴诗淳． ２ 冲压工艺学． 西安 ： 西北工业大学出版社 ，９７ １８． 【】 李林业． ３ 弯管管壁减薄量的计算． 锻压机械 ，９ １２ （ ： ． １９ ， ６） ２ ６ １ 【】 王洪斌． ４ 钢管无 芯弯 曲及其 变形 的计算． 锻压技 术 ，９４， （ ） １８ ９ １ ：
① 成形压头 ② 已成形 部分 ③ 板材
④压板
⑥ 滑动导柱 ⑦ 支柱 ⑧ 工作 台 ⑨支撑模 型 当 的工艺 和轨 迹会 直 接导致 加 工失 败 。这里 主要 研
施 行 拖 动 修 改 ，从 而 绕过 返 回 Ｃ ＡＤ 模 型 修 改 的 步
金属板材单点渐进成形技术的研究进展
万方数据２００９年第４３卷№５器手越来越多的被应用到数控渐进成形技术中，更好地实现了制造的柔性化与自动化【５】（如图２所示）。
图２工业机器手在数控渐进成形中的应用２．１金属板材单点渐进成形工艺及精度的研究成形工件尺寸精度不高是金属板材单点渐进成形技术难以得到广泛应用的主要原因【６，７｜，也是目前该技术国内外研究的热点，现行的大部分的成形工艺研究也正是围绕如何提高成形精度而展开。
由于成形力越小越有利于提高工件的成形精度，而成形力又随着步长、成形角、工具头半径和板材厚度的减少而减小，因此可以通过控制工艺参数达到提高成形精度的目的。
为得到确切的工艺参数与工件成形精度的关系，意大利的Ａｍｂｒｏｇｉｏ【８Ｊ通过调整工艺参数对工件进行多次试验成形，然后利用统计分析方法对试验数据进行分析总结，从而得到了工艺参数与工件尺寸精度的关系表达式。
但该方法适用范围有限，一般只适合于简单的零件，对于复杂零件很难找到工艺参数与工件尺寸精度的确切关系表达式。
另外，工艺参数中板材厚度的选定并不能只根据成形力的需要而随意更改，而其它工艺参数对成形力的影响并不显著，而且还会降低成形效率【７．９１。
工具头与板材接触区域附近不必要的塑性变形和回弹是成形件几何尺寸精度不高的主要原因№Ｊ。
为了获得良好的成形精度，一般希望在成形区（即板材与工具头接触的区域）内的金属板材具有较低的屈服强度和较好的延伸性，这样有益于板材在较小的成形力下加工成形，并且还能防止板材卸载后的回弹；但与此同时又希望在成形区域外的金属板材具有较高的屈服强度，这样有助于避免成形区外板材产生不必要的塑性变形，从而达到板材的准确成形。
对金属板材的上述两个要求看起来有些冲突，因为同一金属板材很难同时具备相互矛盾冲突的两９种属性。
通过改变装置可以达到提高成形区外材料刚度、并由此提高成形精度的目的，但该方法会降低工艺的柔性［１０］。
比利时的Ｄｕｆｌｏｕ［６，７］利用激光对板材成形区域进行局部动态加热，从时间和空间上改变材料性质，达到了减小成形区材料屈服强度的目的。
数控渐进成形与激光切割集成的板材件加工轨迹生成
数控渐进成形与激光切割集成的板材件加工轨迹生成朱虎;井学勇;杨晓光【摘要】为实现切口板材件的五轴数控渐进成形与五轴激光切割的集成制造,提出一种基于Parasolid建模核心的五轴数控渐进成形与五轴激光切割集成的切口板材件加工轨迹生成算法及实现方法.给出了切口特征识别与提取、切口特征填补与曲面重建等算法;在研究曲线离散、曲面偏置等算法的基础上,考虑五轴数控渐进成形与五轴激光切割工艺的特点,给出了数控渐进成形刀位点、激光束半径补偿、挤压工具姿态和激光束姿态计算的方法;同时利用Parasolid建模核心和OpenGL完成了上述算法的系统实现.算法应用实例表明,依据该算法所开发的软件系统能够很好地实现上述功能,运行稳定可靠.【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2016(022)009【总页数】8页(P2145-2152)【关键词】板材件;渐进成形;激光切割;刀具轨迹;数控系统【作者】朱虎;井学勇;杨晓光【作者单位】沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TG335.5金属板材数控渐进成形技术是使挤压工具沿着预先编制好的轨迹，围绕着待成形件的轮廓运动，逐点挤压板材、渐进地完成板材件成形的一种柔性的无模成形技术，可广泛应用于小批量多品种生产和样品试制，在航空、汽车等行业具有广泛的应用前景[1]。
而五轴三维激光切割因具有柔性高、切割质量好、效率高等优点，也广泛地应用于汽车、航空、造船等许多工业部门中金属板材件的高精度切割[2]。
切口板材件是指具有孔、槽等加工特征的钣金件，在航空、汽车、造船等领域中应用极广。
这些带有切口的板材件在成形加工时无法直接成形制造，需要将没有孔、槽等加工特征的基体件先成形之后，再对孔、槽等加工特征进行切割加工，进而完成整体板材件的成形制造。
铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究
第３１卷第８期中国机械工程V o l ．３１㊀N o ．８２０２０年４月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．９６０Ｇ９６７铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究侯晓莉㊀李㊀言㊀杨明顺㊀柏㊀朗㊀石㊀珣㊀张成兴西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安,７１００４８摘要:对薄壁复杂构件进行数控单点渐进成形时,板料易发生破裂㊁起皱等缺陷,且材料变形机制演化复杂,对加载条件极为敏感,使得板料在数控单点渐进成形时的破裂预测和控制变得极难.为此,选取１０６０铝板作为研究材料,通过试验研究了数控单点渐进成形技术中板料的成形性能,以实现对破裂的预测和控制.利用拓印法将制件的空间变形问题转化为平面变形问题,采用数码显微镜对拓印的制件网格数据进行测量和提取,选用插值法和多项式拟合法对数据进行拟合处理,最终得到了１０６０铝板料在数控单点渐进成形技术下的成形极限曲线(F L C ).通过对F L C 进行分析研究,得到了制件破裂区和安全区域的应变分布,实现了制件破裂的预测和控制.为进一步提高１０６０铝板的成形极限,将超声振动引入到单点渐进成形中,通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的F L C 和传统渐进成形的F L C ,试验结果表明:当振动功率为１２０W ㊁振动频率为２５k H z 时,１０６０铝板料的成形极限提高了１１％.关键词:破裂预测和控制;数控单点渐进成形;１０６０铝板;成形极限曲线;超声振动中图分类号:T G ３３６D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２０．０８．０１１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c h o nF L C i nC N CS i n g l e P o i n t I n c r e m e n t a l F o r m i n g ofA l u m i n u mS h e e t s HO U X i a o l i ㊀L IY a n ㊀Y A N G M i n g s h u n ㊀B A IL a n g ㊀S H IX u n ㊀Z H A N GC h e n g x i n gS c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dP r e c i s i o n I n s t r u m e n t E n g i n e e r i n g ,X i a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,X i a n ,７１００４８A b s t r a c t :W h e nC N Cs i n g l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g o f t h i n Ｇw a l l e dc o m p l e xc o m p o n e n t sw a s c a r r i e do u t ,s h e e tm e t a lw a s p r o n e t o c r a c k i n g ,w r i n k l i n g an d o t h e r d e f e c t s ,a n d t h e e v o l u t i o no fm a Ｇt e r i a l d e f o r m a t i o nm e c h a n i s m w a s c o m p l e x ,w h i c hw a s v e r y s e n s i t i v e t o l o a d i n g co n d i t i o n s ．I tw a s d i f Ｇf i c u l t t o p r e d i c ta n dc o n t r o l t h ef r a c t u r eo fs h e e t m e t a l s i nC N Cs i n g l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g．T h e r e f o r e ,１０６０a l u m i n u ms h e e tw a s s e l e c t e d a s t h e r e s e a r c hm a t e r i a l ,a n d t h e f o r m i n gpe rf o r m a n c e o f t h e s h e e tm e t a l s i nC N Cs i ng l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g t e ch n o l o g y w a s s t u di e d e x p e r i m e n t a l l y t o r e a l i z e t h e p r e d i c t i o na n dc o n t r o l o f f r a c t u r e ．S p a t i a l d e f o r m a t i o no f p a r t sw a s t r a n s f o r m e d i n t o p l a n e d e f o r m a t i o nb y r u b b i n g m e t h o d ．T h e g r i dd a t a o f r u b b i n g p a r t sw e r em e a s u r e d a n d e x t r a c t e db y d i gi t Ｇa lm i c r o s c o p e ．T h e d a t aw e r e f i t t e db y i n t e r p o l a t i o n m e t h o da n d p o l y n o m i a l f i t t i n g m e t h o d ．F i n a l l y,t h eF L C i nC N Cs i n g l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g o f １０６０a l u m i n u ms h e e t sw a so b t a i n e d ．T h e s t r a i n d i s t r i b u t i o n s i n t h eb r e a ka r e a a n ds a f e a r e aw e r eo b t a i n e db y a n a l y z i n g t h eF L C ．T h e p r e d i c t i o na n d c o n t r o l o f t h e r u p t u r e f o r t h ew o r k p i e c e sw e r e r e a l i z e d ．I no r d e r t o f u r t h e r i m p r o v e t h e f o r m i n g li m i t o f １０６０a l u m i n u ms h e e t s ,u l t r a s o n i cv i b r a t i o nw a s i n t r o d u c e d i n t os i n g l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g．T h eF L Co f u l t r a s o n i c v i b r a t i o n a s s i s t e d i n c r e m e n t a l f o r m i n g a n d t r a d i t i o n a l i n c r e m e n t a l f o r m i n g w e r e c o m p a r e db y t e s t s ．T h e t e s t i n g r e s u l t s s h o wt h a t t h e f o r m i n g l i m i t o f １０６０a l u m i n u ms h e e t i n c r e a s e s b y １１％w h e n t h e v i b r a t i o n p o w e r i s a s １２０Wa n d t h e v i b r a t i o n f r e q u e n c yi s a s ２５k H z ．K e y wo r d s :f r a c t u r e p r e d i c t i o na n d c o n t r o l ;C N Cs i n g l e p o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g ;１０６０a l u m i n u m s h e e t ;f o r m i n gl i m i t c u r v e (F L C );u l t r a s o u n dv i b r a t i o n 收稿日期:２０１９０１２５基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４７５３６６,５１５７５４４３)０㊀引言金属板料单点渐进成形(s i n gl e p o i n t i n c r e Ｇm e n t a l f o r m i n g,S P I F )是利用分层制造的思想,通过局部变形累积实现零件整体成形的一种新型板料柔性快速成形技术,无需模具或只需简易模具,适用于单件小批量㊁多样化和复杂形状产品的生产需求.然而,在S P I F 技术中,过大的局部应力易引起过于集中的应变,致使板料易发生失稳㊁起皱㊁破裂等缺陷,尽管许多学者对S P I F 工艺进行了广泛的理论与试验研究,然而在成形极限㊁成形效率㊁成形精度及表面质量等方面的不足始终制约着此项技术的工业化大范围应用,如何提高S P I F 技术的成形极限㊁改善成形质量是该领域目前的研０６９ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.究热点.成形极限指的是金属板料在成形过程中介于应变安全区和应变破裂区的一个界限,由成形极限曲线(f o r m i n g l i m i t c u r v e,F L C)进行表征,它位于主应变ε１㊁ε２所构建的平面坐标系内.为研究S P I F技术的成形极限,国内外学者进行了大量的工作,并取得了一定的成效[１Ｇ３].S O E I R O等[４]对S P I F过程中材料的应力应变进行了理论计算,他们认为板料在径向拉应力的作用下发生了破裂,且破裂会发生在与工具头接触的上边缘处.P A R K等[５]提出了基于应变历史的极限状态判断方法,并对三种不同类型试样的应变历史和等效塑性应变进行了测量,研究结果表明,基于有效塑性应变的断裂成形极限图适用于预测先进高强度板料在复杂成形过程中的突然断裂.S I MO N E T T I等[６]提出了改进的应变数据拟合方法.陈劫实等[７]从能量的角度出发,基于总塑性功的积分形式,考虑了成形过程中应变路径变化㊁材料的硬化指数等因素的影响,建立了板料的成形极限判断依据.王进等[８]提出了通过渐进成形圆弧沟槽㊁十字交叉圆弧沟槽直至板料端部破裂后,测量破裂位置最大和最小主应变以获得板料渐进成形极限图的方法.王华毕等[９]通过数控机床渐进成形锥形零件,试验测量了不同因素(原始板厚㊁垂直增量步长㊁润滑剂种类㊁零件形状)下的成形极限角,以此来比较渐进成形性能以及探究限制材料成形极限的原因.为提高板料在S P I F技术下的成形极限,部分学者尝试了双点渐进成形㊁双边渐进成形㊁电磁辅助渐进成形㊁激光辅助渐进成形㊁热渐进成形㊁增加支撑等复合工艺.S H A M S A R I等[１０]采用液压胀形和S P I F相结合的方式提高成形极限和成形效率.Z H A N G等[１１]尝试将S P I F工件卸载后通过退火处理,以降低工件的回弹变形和提高成形极限.J A W A L E等[１２]根据断裂力学的模式,通过试验确定了铜的断裂成形极限(F F L)和剪切裂缝成形极限(S F F L).龚航等[１３]对大型铝合金曲面件电磁渐进成形技术进行了研究.C U I等[１４]采用电磁辅助S P I F和拉伸相结合的方式进行了大尺度薄壁椭圆体零件变形.李小强等[１５]研究了整体加热和局部加热对成形极限的影响,试验发现随着温度的升高,材料的成形极限也会相应提高,局部加热的方式可使非加热区域的板料因处于相对低温而保持较好的刚性,从而提高了整体零件的精度.综上所述,为避免成形缺陷并提高成形质量,国内外的科研工作者在板料成形极限的影响机理㊁研究手段㊁改善措施等方面做了诸多工作,并取得了大量的成果.本文以制件破裂区域的应变分布为研究对象,利用拓印法和显微观测法获取破裂区域的应变分布数据,选用插值法和多项式拟合法处理并分析应变数据,最终得到关于１０６０铝板在S P I F技术作用下的成形极限,实现了制件破裂的预测和控制.在此基础上,鉴于超声振动在塑性加工工艺中表现出来的提高成形极限㊁减小成形力等积极作用[１６Ｇ１８],本文将超声振动引入S P I F过程中以改变材料流变状态和组织演化机制来提高成形极限,通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的F L C和传统渐进成形的F L C,验证并量化了超声振动对成形极限的改善效果.１㊀数控单点渐进成形板料成形极限试验由于板料成形极限源于试验,试验中的一些具体因素和标准不同,而这些因素和标准却对试验结果又有着重要的影响(如采用颈缩失效和破裂失效时,两者的判断标准不一样,试验中得到的F L C也不同),因此,本文基于板料S P I F的工艺要求,从试验条件的可观测性角度出发确定成形中的极限状态,以期提高成形试验结果的实用性和可靠性.板料发生颈缩现象一般是材料细微组织的变化,实际生产中零件局部出现明显的颈缩痕迹即认为零件冲压失效,但由于板料在S P I F过程中的颈缩现象并不易观测[１９Ｇ２０],因此,１０６０铝板常温下的成形极限由板料的破裂极限来定义,当板料在成形过程中出现任何破损现象时即视为成形极限的判定标准.图１㊀成形轨迹简图及试验装置F i g．１㊀F o r m i n g t r a j e c t o r y d i a g r a ma n d t e s t d e v i c e １．１㊀试验原理和装置采用数控加工中心作为数控S P I F试验平台.通过预先编制好的数控程序控制成形工具头的运动轨迹,逐层成形出圆锥台成形工件.成形轨迹及装置如图１所示.试验系统由成形工具头㊁夹具和待成形板料组成,将１０６０铝板放在夹具底座上,板料四周用压板夹紧.成形工具采用圆柱形高速钢棒料球头状刀具,对刀具球头进行抛光处理.工具头直径为１０mm,原始板料厚度为１mm,板料尺寸为１４０mmˑ１４０mm,并在板料表面印制圆形网格,最终成形圆锥台的成形壁角α＝６４ʎ.成形过程中,层间距选择０．３mm,工具头转速为７５０r/m i n,进给速度为２００mm/１６９铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究 侯晓莉㊀李㊀言㊀杨明顺等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.m i n,润滑油选用昆仑LＧHM４６抗磨液压油.试验用１０６０铝板力学性能属性如表１所示.表１㊀１０６０铝板的力学性能T a b．１㊀M e c h a n i c se rf o r m a n c e o f１０６０A l u m i n u m m a t e r i a l１．２㊀成形极限的测量网格测量是塑性变形实测中常用的一种测量方法,对板料极限应变的测量关键是确定极限状态,将破裂作为板料成形极限的判断依据.网格测量主要有三类方法:①直接测量法,将试件成形至破裂,测量破裂区域附近的网格,该方法操作简单但误差较大;②插值法,测量破裂失效变形网格附近的若干个网格,通过插值处理得出极限应变,该方法对初期网格数据测量要求较高,但插值结果比较准确;③与应变历程相关的测量方法[２１Ｇ２２],通过应变随时间的变化关系确定极限应变,该方法对设备精度要求较高,未能普遍使用.在研究过程中,本文利用拓印法将曲面变形问题转换成平面变形问题,结合现代数码显微技术进行精确测量,再采用插值和多项式拟合处理数据并绘制铝板的F L C.数控S P I F试验中,最终成形工件多为曲面形状,其形变在毫米级.在金属板表面印刷网格,采取常用圆形网格形式,原始网格大小控制在直径２．２mm.将胶带粘贴在被测曲面上,将成形曲面的网格形变拓印出来(即将制件空间曲面转换成平面),拓印出来的网格能够较为准确地反映出被测曲面网格的形变.采用I S MＧP M２００S数码显微镜配合U S B 数据传输采集测量系统来测量破裂区域的网格形变大小,如图２所示.图２㊀拓印网格及测量设备F i g．２㊀R u b b i n g g r i da n dm e a s u r i n g e q u i p m e n t１０６０铝板成形后圆形网格拉伸变形为椭圆形网格,分别测量每一个椭圆形网格的长短轴变化,将测量数据进行处理得到该板料的两个主应变.通过I S MＧP M２００S数码显微镜放大３０倍后,依次测量出拓印的５条网格形变带,局部显示如图３所示,其中L a为所测椭圆形网格的短轴, L b为所测椭圆形网格的长轴,D为圆形网格(即L a＝L b时的情况)直径.(a)第１㊁２㊁３条网格形变带(形变初段)(b)第１㊁２㊁３条网格形变带(形变中段)(c)第４㊁５条网格形变带(形变初段)(d)第４㊁５条网格形变带(形变中段)图３㊀放大３０倍后网格形变F i g．３㊀M e s hd e f o r m a t i o na f t e r３０Ｇf o l dm a g n i f i c a t i o n １．３㊀测量与计算结果每条网格形变带上分别有１１个网格,测得的５条网格形变带的形变情况如表２所示.板料受力后的应变情况主要有平面应变㊁胀形应变㊁拉伸应变,上述三种状态如图４所示,以S P I F圆锥件为研究对象,由表２中的数据可得,圆形网格成形后的形变为,椭圆形网格的长轴拉伸量较大,短轴伸长量较小.故此种成形应变状态可以看作平面应变状态.２６９中国机械工程第３１卷第８期２０２０年４月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.表２㊀沿路径提取网格形变T a b ．２㊀E x t r a c tm e s hd e f o r m a t i o na l o n gt h e pr e s c r ib e d p a thmm网格数L a１L b １L a ２L b ２L a ３L b ３L a ４L b ４L a ５L b ５１２．２０５２．２０５２．２７４２．２７４２．２２０２．２２０２．２９２２．２９２２．２８３２．２８３２２．３７８２．３７８２．３２２２．３２２２．３８３２．３８３２．２８８２．２８８２．２９１２．２９１３２．２９１３．１３１２．２９４３．１２３２．２９９３．１０８２．２６６２．９３０２．２３９２．９５７４２．３７７３．５０８２．４０５３．４２７２．４００３．４６２２．４１０３．３４５２．４０５３．３７５５２．４２４４．６０２２．４３２４．６４６２．４６２４．４２７２．５５０４．２６４２．４９８４．３１３６２．６４０６．９２３２．６９５７．０７０２．６３３７．１３５２．５５４７．３０７２．７０９７．２４３７２．４８２５．０５０２．５１０５．２６６２．５１８５．２０２２．５７３５．２５２２．５１６５．２２８８２．４５４３．５６０２．４５４３．５８６２．４１８３．５４７２．４３５３．４９２２．４０５３．５６６９２．３０２２．７７３２．４００２．７８２２．３６６２．７５６２．３７８２．６２７２．３７７２．７０９１０１．８１０２．１０５２．２１３２．３４９２．２０９２．２５０２．２８７２．３２６２．２９７２．３７１１１２．２２５２．２２５２．２２８２．２２８２．３４５２．３４５２．２７４２．２７４２．３０８２．３０８(a)平面应变㊀(b)胀形应变㊀(c)拉伸应变图４㊀三种应变状态F i g．４㊀T h r e e s t r a i n s t a t e s 对于平面应变状态,板料成形中的厚向应力可以忽略不计,但厚向应变却不能忽略,因此板料的应变可以用三个主应变ε１㊁ε２和ε３来表示.根据体积不变定律,三个主应变之和为零,则三个应变变量之中的任何一个变量均可以由另外两个表示(即两个应变变量可以表示板料的应变状态).由此,用面内的两个主应变ε１㊁ε２来表示铝板的应变状态,在成形后的板料上测量椭圆形网格的长短轴大小,就可计算得到板料的主次应变.主次应变的值可利用工程应变和真实应变两种计算方法,计算公式分别如下.工程应变计算方法:ε１＝L a －D ０D ０㊀㊀ε２＝L b －D ０D ０真实应变(对数应变)计算方法:ε１＝l n L a D ０㊀㊀ε２＝l n L bD ０式中,D ０为圆形网格变形前的原始直径,取D ０＝２．２m m .由于工程应变需计算无穷多个中间状态的工程应变,其总变形量为近似每个中间量之和,不能准确反映出材料的实际变形情况,而真实应变则反映了板料变形的实际情况,故在本试验研究中,采用真实应变进行计算.用ε１表示计算得到的轴向网格应变,ε２表示计算得到的切向网格应变;将成形后板料的轴向网格应变作为第一主应变,切向网格应变作为第二主应变.计算可得到５条网格形变带的应变,如表３所示.表３㊀成形后的板料沿路径提取网格应变T a b ．３㊀T h e g r i d s t r a i nd a t a a l o n gt h e p a t ha f t e r f o r m i n gt h e s h e e tm e t a l 网格数εa １１εb １２εa ２１εb ２２εa ３１εb ３２εa ４１εb ４２εa ５１εb ５２１００００００００００２０．０７６０．０７６０．０２１０．０２１０．０７１０．０７１－０．００２－０．００２０．００３０．００３３０．０３８０．３５１０．００９０．３１７０．０３５０．３３６－０．０１１０．２４６－０．０１９０．２５９４０．０７５０．４６４０．０５６０．４１００．０８００．４４４０．０５００．３７８０．０５２０．３９１５０．０９５０．０８６０．０６７０．７１４０．１０３０．６９００．１０７０．６２００．０８６０．６３６６０．１８０１．１４４０．１７０１．１３４０．１７１１．１６８０．１０８１．１５９０．１７１１．１５５７０．１１８０．９４１０．０９９０．８４００．１２６０．８５２０．１１６０．８２９０．０９７０．８２９８０．１０７０．４７９０．０７６０．４５５０．０８５０．４６９０．０６１０．４２１０．０５２０．４４６９０．０４３０．２２９０．０５４０．２０２０．０６４０．２１６０．０３７０．１３６０．０４００．１７１１０－０．１９７－０．０４６－０．０２７０．０３２－０．００５０．０１３－０．００２０．０１５０．００６０．０３８１１０．０２２０．０２２－０．０２０－０．０２００．０５５０．０５５－０．００８－０．００８０．０１１０．０１１２㊀１０６０铝板成形极限曲线的绘制测量数据具有离散性与跳跃性,测量过程中存在人为的误差,采用在区间上的数值插值能有效地减少数据之间的跳跃,可去除与插值曲线相差比较大的数据点.三次样条插值函数具有平滑可导性㊁准确性高的优点,因此本文采用数值分析中常用的三次样条插值.利用M A T L A B 对所测数据进行插值拟合,编写插值三次样条插值程序,采用三次样条插值函数s pl i n e (X ０,Y ,x ).初值X ０为成形后经过破裂区域的网格编号１~１１,Y １~Y ５分别为测量５条形变带长短轴的实际形变,插值步长x 为０．０５.将成形后椭圆形网格的短轴形变量L a 记为轴向网格形变量,长轴形变量L b 记为切向网格形变,得到的轴向和切向插值的曲线分别见图５㊁图６.图５㊀轴向网格形变插值曲线F i g ．５㊀I n t e r p o l a t i o n c u r v e f i t t i n g de f o r m a t i o no f a x i a lm e s h图６㊀切向网格形变插值曲线F i g ．６㊀I n t e r p o l a t i o n c u r v e f i t t i n g de f o r m a t i o no f t a n ge n t i a lm e s h３６９ 铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究侯晓莉㊀李㊀言㊀杨明顺等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.从被测的５条形变带数据的插值曲线可以看出,轴向网格形变插值曲线较为分散,切向网格形变插值曲线重合度高.若要提取破裂区周围的最大形变量来绘制F L C ,则轴向形变插值曲线的数据分散㊁误差较大,而切向网格形变插值曲线在最大形变(破裂区)附近的数据重合度高,误差较小.由于５条轴向插值曲线重合度不高,若要采用其数据绘制F L C 则误差较大,故需要从数据整体变化趋势的角度,并结合数据分布的大致情况来确定应用的拟合模型,采用多项式曲线拟合形变以减小其误差.对所测数据进行多项式拟合,同样将成形后椭圆形网格的短轴形变量L a 记为轴向网格形变量,长轴形变量L b 记为切向网格形变量,其中以第２条网格形变带轴向㊁第３条网格形变带切向拟合的多项式曲线为例,分别见图７㊁图８.(a)多项式拟合曲线(b)残差图７㊀轴向网格多项式拟合曲线及其对应残差F i g ．７㊀C u r v i l i n e a r p o l y n o m i a l f i t t i n g ax i a lm e s ha n d i t s c o r r e s p o n d i n g re s i d u a ls (a)多项式拟合曲线(b)残差图８㊀切向网格多项式拟合曲线及其对应残差F i g ．８㊀C u r v i l i n e a r p o l y n o m i a l f i t t i n g t a n ge n t i a lm e s h a n d i t s c o r r e s p o n d i n g re s i d u a l s 图７a 中的离散数据点为实际测得的轴向网格形变量,分别用三次多项式和五次多项式曲线拟合实测的数据.图７b 为对应残差,其中三次多项式的残差模为０．１８８５８mm ,五次多项式的残差模为０．１７４４６mm .由表２可知,第２条网格形变带的轴向最大网格形变为２ ６９５mm ,则可计算出轴向最大网格形变的相对误差如下.三次多项式拟合相对误差为０．１８８５８２．６９５ˑ１００％＝６．９９７％五次多项式拟合相对误差为０．１７４４６２．６９５ˑ１００％＝６．４７３％图８a 中的离散数据点为实际测得的切向网格形变量,分别用三次多项式和七次多项式曲线拟合实测的数据.图８b 为对应残差,其中三次多项式的残差模为３．２１２７mm ,七次多项式的残差模为１．６３４２mm .由表２可知,第３条网格形变带的切向最大网格形变为７ １３５mm ,则可计算出切向最大网格形变的相对误差如下:三次多项式拟合相对误差为３．２１２７７．１３５ˑ１００％＝４５．０３％七次多项式拟合相对误差为１．６３４２７．１３５ˑ１００％＝２２．９０％由网格形变多项式拟合曲线可以发现,轴向多项式拟合曲线的最大相对误差为６．９９７％,误差较小,且三次拟合与五次拟合的相对误差变化不大.由此可知,轴向五次多项式拟合曲线就能很好地反映出实际测得的形变量曲线.由于在S P I F 过程中制件深度方向的形变要远大于侧面曲面的形变,出现的拉伸破损为切向拉伸破损,所以切向的应变变化大,且切向多项式拟合曲线的误差较大,最大相对误差为４５．０３％.三次多项式与七次多项式的相对误差变化也很大,故切向多项式拟合曲线并不能真实反映出实测数据的变化情况.其他各条网格形变带在轴向和切向拟合的多项式均符合上述类似的多项式拟合结果.经上述分析,最终提取轴向五次多项式拟合曲线数据和切向三次样条插值曲线数据来绘制１０６０铝板的F L C .在成形后的网格形变带上,被测量的网格在第５个网格上没有发生破损失效,而在第６个网格上发生了破损失效.若将第５个网格作为应变的极限,则有可能实际还没有达到最大应变;若将第６个网格作为应变的极限,但第６个网格已经发生了破损失效,且由于破裂区域实际测量中应变明显会增大,故也不能作为极限应变,如图９所示.由此,采取从轴向形变曲线拟合五次多项式中求取第５~６个网格的区间数据,作为成形极限应变来绘制F L C ;从切向三次样条插值曲线中提取从第５~６个网格的连续数据,作为成形极限应变来绘制F L C .４６９ 中国机械工程第３１卷第８期２０２０年４月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)测量破裂区域(b)实际破裂区域图９㊀测量破裂区域与实际破裂区域的对比F i g ．９㊀C o m pa r i s o nb e t w e e n t h em e a s u r e dc r e v a s s e a nd t he a c t u a l c r e v a s s e将成形后椭圆形网格的短轴应变作为平面第一主应变ε１,长轴应变作为平面第二主应变ε２.得到的破裂区网格５㊁６的极限形变量所对应的应变如图１０所示.最终将第一主应变ε１作为横坐标,第二主应变ε２作为纵坐标,绘制得到１０６０铝板的F L C ,如图１１所示.可以看出,F L C 将整个区域分为安全区与破裂区,在F L C 以下时认为板料的变形是安全的,在F L C 以上时认为板料发生破裂或者失稳.(a)第一主应变(b)第二主应变图１０㊀主应变曲线F i g ．１０㊀P r i n c i pa l s t r a i n c u r ve 图１１㊀１０６０铝板成形极限曲线F i g ．１１㊀F o r m i n gl i m i t c u r v e o f １０６０a l u m i n u ms h e e t 如图１２所示,将直接测量的离散点与拟合曲线进行对比,离散的数据点为直接测量法所得成形破裂区网格的应变极限,曲线为数据拟合的应变极限曲线.由于直接测量法是通过测量破损区域附近有限数量个网格,且均为已出现了破裂的网格或是形变量还未达到破裂的网格,故存在不可避免的测量误差.已破裂网格的应变比极限网格的应变要大,而未破裂的网格则很难判断刚好达到应变极限.所以直接测量得到的应变极限较为分散,安全区和破裂区的界限不易区分出来,从实际的成形结果分析,若要得到最大形变的成形件,则并不能作为良好的依据.拟合得到的曲线连续而光滑,应变数据点比破裂点低,同时比未破裂点高,更符合实际情况.在安全系数要求较高的板料成形中,应用拟合得到的F L C 更为安全可靠.图１２㊀直接测量法与拟合的对比F i g ．１２㊀C o m pa r i s o no f d i r e c tm e a s u r e m e n t a n d i n t e r po l a t i o n ３㊀超声振动对成形极限曲线的改善在前述的常温静态试验研究的基础上,本文进一步针对不同功率和频率超声振动下的１０６０铝板的S P I F 性能进行了对比试验研究,采用表４中的５种功率和频率数据,以成形力为监测指标,分析了超声振动功率和频率对铝板成形性能的影响.表４㊀超声波振动参数数据T a b ．４㊀D a t a o f u l t r a s o u n d v i b r a t i o n p a r a m e t e r s序号频率(k H z )功率(W )序号频率(k H z )功率(W )１１５８０４３０１４０２２０１００５３５１６０３２５１２０５６９ 铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究侯晓莉㊀李㊀言㊀杨明顺等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.㊀㊀依据本课题组前期的研究成果[２３],当频率一定时,随着功率从８０~１２０W 的增大,成形力呈减小趋势,之后随着功率从１２０~１６０W 的继续增大,成形力又呈现增大的趋势,当功率为１２０W时,成形力最小;而当功率一定时,随着超声振动频率从１５~２５k H z 的提高,板料的成形力逐渐减小,当频率从２５~３５k H z 继续提高,其成形力又逐渐增大,当频率为２５k H z 时,成形力最小.由此可知,当频率为２５k H z ㊁功率为１２０W 时,１０６０铝板的成形效果最好.利用静态S P I F 技术成形一圆锥台件直至发生破损,同时利用超声波参数为频率２５k H z ㊁功率１２０W 的数控S P I F 技术使同一圆锥台件发生破损,并将两者破裂时的应变极限曲线进行了对比,以说明超声振动对S P I F 极限的影响.试验和分析所得静态以及外加超声振动后的板料成形极限应变的对比如图１３所示.图１３㊀静态与超声极限应变对比F i g ．１３㊀C o m pa r i s o no f s t a t i c a n du l t r a s o u n d l i m i t s t r a i n 从图１３中可以看出,在理想振型参数的作用下,１０６０铝板超声数控S P I F 的塑性应变极限较静态条件下有所提高,提高幅度在１１％左右.在该振动功率下,由于超声能量的输入,促进了铝板位错运动,对铝薄板滑移系开动有影响,使塑性变形更易进行,因此,铝板的屈服强度有所降低.当超声振动的能量刚好能对滑移系有促进作用时,薄铝板的应变极限就会有一定程度的提高.４㊀结论(１)１０６０铝板在单点渐进成形(S P I F )技术作用下的形变量处于毫米级,且成形制件为空间曲面件,因此采用拓印法能够将空间变形问题转化成可测的平面变形问题,并利用I S M ＧP M ２００S 数码显微镜测量破裂区域的拓印带以获取制件的成形极限.经实践证实,该方法具有一定的可行性和实用性.(２)因直接测量的离散数据存在不可避免的测量误差,故本文提出了基于插值曲线和多项式拟合的数据优化处理方法.对拟合优化后的１０６０铝板成形极限曲线(F L C )进行了分析,得到了该材料制件在S P I F 技术下的破裂区和安全区以及制件破裂区域的应变分布,实现了制件破裂的预测和控制.(３)为进一步提高１０６０铝板的成形极限,将超声波振动赋予到成形工具头上,以改善材料的流变机理和组织演化机制.通过试验对比研究了超声振动辅助下与传统渐进成形下的F L C ,试验结果表明,当频率为２５k H z ㊁功率为１２０W 时,１０６０铝板料制件的成形极限得到了明显的提高.参考文献:[１]㊀曹宇,高锦张,贾俐俐．渐进成形圆孔翻边变形区厚度减薄现象的模拟研究[J ]．锻压技术,２０１５,４０(２):５２Ｇ５９．C A O Y u ,G A OJ i n z h a n g,J I AL i l i ．N u m e r i c a l S i m Ｇu l a t i o n f o rT h i c k n e s sT h i n n i n g ofD e f o r m a t i o nZ o n e o nH o l e Ｇf l a n g i n g b y I n c r e m e n t a l F o r m i n g [J ]．F o r gＧi n g &S t a m p i n g T e c h n o l o g y,２０１５,４０(２):５２Ｇ５９．[２]㊀A N D R A D E R ,S K U R T Y SO ,O S O R I O F ．D e v e l Ｇo pm e n t o f aN e w M e t h o dt oP r e d i c t t h e M a x i m u m S p r e a dF a c t o r f o r S h e a rT h i n n i n g D r o ps [J ]．J o u r n a l o fF o o dE n g i n e e r i n g,２０１５,１５７:７０Ｇ７６．[３]㊀M O R A L E S ＧP A L M AD ,V A L L E L L A N O C ,G A R C ÍA ＧL O M A SF J ．A s s e s s m e n t o f t h eE f f e c t o f t h eT h r o u gh Ｇt h i c k n e s s S t r a i n /S t r e s sG r a d i e n t o n t h eF o r m a b i l i t y o f S t r e t c h Ｇb e n d M e t a lS h e e t s [J ]．M a t e r i a l s &D e s i gn ,２０１３,５０(１７):７９８Ｇ８０９．[４]㊀S O E I R OJM C ,S I L V A C M A ,S I L V A M B ,e ta l ．R e v i s i t i n g t h eF o r m ab i l i t y L i m i t sb y F r ac t u r e i n S h e e tM e t a l F o r m i n g[J ]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sP r o Ｇc e s s i n g T e c h n o l o g y,２０１５,２１７:１８４Ｇ１９２．[５]㊀P A R K N ,HUH H ,L I M SJ ,e t a l ．F a c t u r e Ｇb a s e dF o r m i n g L i m i tC r i t e r i a f o rA n i s o t r o pi c M a t e r i a l s i n S h e e t M e t a lF o r m i n g [J ]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f P l a s t i c i t y,２０１７,９６:１Ｇ３５．[６]㊀S I MO N E T T IOP ,R AMA NSV．S t r a i n i n g to J u s Ｇt i f y S t r a i nM e a s u r e m e n t [J ]．J a c c Ｇc a r d i o v a s c u l a r I m Ｇa g i n g ,２０１０,３(２):１５２Ｇ１５４．[７]㊀陈劫实,周贤宾．板料成形极限预测新判据[J ]．机械工程学报,２００９,４５(４):６４Ｇ６９．C H E NJ i e s h i ,Z HO U X i a n b i n ．N e wF o r m i n g L i m i t P r e d i c t i o nC r i t e r i o nf o rS h e e tM e t a l s [J ]．J o u r n a l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,２００９,４５(４):６４Ｇ６９．[８]㊀王进,姜虎森,陶龙,等．板料渐进成形极限图测试方法研究[J ]．锻压技术,２０１３,３８(２):３４Ｇ３６．WA N G J i n ,J I A N G H u s e n ,T A O L o n g,e ta l ．S t u d y o nE x p e r i m e n t a lM e t h o d o fM e a s u r i n g Fo r m Ｇi n g L i m i t D i a g r a m i nI n c r e m e n t a lS h e e t F o r m i n g６６９ 中国机械工程第３１卷第８期２０２０年４月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.[J]．F o r g i n g&S t a m p i n g T e c h n o l o g y,２０１３,３８(２):３４Ｇ３６．[９]㊀王华毕,桑文刚,魏目青．金属板料单点渐进成形性能的研究[J]．机械设计与制造,２０１７(１):１０８Ｇ１１１．WA N G H u a b i,S A N G W e n g a n g,W E IM u q i n g．R eＧs e a r c ho fS h e e t M e t a lB a s e do nS i n g l eP o i n t I n c r eＧm e n t a l F o r m a b i l i t y[J]．M a c h i n e r y D e s i g n&M a n uＧf a c t u r e,２０１７(１):１０８Ｇ１１１．[１０]㊀S HAM S A R I M,M I R N I A M J,E L Y A S I M,e ta l．F o r m ab i l i t y I m p r o v e m e n t i nS i n g l eP o i n t I nc r eＧm e n t a l F o r m i n g o fT r u n c a t e dC o n eU s i n g aT w oＧs t a g eH y b r i dD e f o r m a t i o nS t r a t e g y[J]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o f A d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２０１７,９:１Ｇ１２．[１１]㊀Z HA N GZ,Z HA N G H,S H IY,e t a l．S p r i n g b a c k R e d u c t i o n b y A n n e a l i n g f o r I n c r e m e n t a l S h e e tF o r m i n g[J]．P r o c e d i a M a n u f a c t u r i n g,２０１６,５:６９６Ｇ７０６．[１２]㊀J AWA L EK,D U A R T EJ F,R E I SA,e t a l．C h a rＧa c t e r i z i n g F r a c t u r eF o r m i n g L i m i t a n dS h e a rF r a cＧt u r eR o r m i n g L i m i t f o rS h e e t M e t a l s[J]．J o u r n a lo f M a t e r i a l sP r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,２０１８,２５５:８８６Ｇ８９７．[１３]㊀龚航,黄亮,李建军,等．大型铝合金曲面件在电磁渐进成形首次放电条件下的起皱行为研究[J]．中国材料进展,２０１６,３５(４):２８４Ｇ２９１．G O N G H a n g,HU A N G L i a n g,L I J i a n j u n,e t a l．R e s e a r c ho n W r i n k l i n g B e h a v i o r o fL a r g eA l u m i nＧi u m A l l o y C u r v e d P a r t s u n d e rt h e C o n d i t i o n o fF i r s t D i s c h a r g e o f E l e c t r o m a g n e t i c P r o g r e s s i v eF o r m i n g[J]．C h i n e s e M a t e r i a lP r o g r e s s,２０１６,３５(４):２８４Ｇ２９１．[１４]㊀C U IX i a o h u i,MO J i a n h u a,L I J i a n j u n,e t a l．L a r g eＧs c a l eS h e e tD e f o r m a t i o nP r o c e s sb y E l e c t r oＧm a g n e t i c I n c r e m e n t a l F o r m i n g C o m b i n e d w i t hS t r e t c hF o r m i n g[J]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sP r o c e s sＧi n g T e c h n o l o g y,２０１６,２３７:１３９Ｇ１５４．[１５]㊀李小强,董红瑞,张永生,等．板材数控热渐进成形工艺研究进展[J]．塑性工程学报,２０１８,２５(５):８７Ｇ９８．L IX i a o q i a n g,D O N G H o n g r u i,Z HA N G Y o n g s hＧe n g,e t a l．R e v i e wo fH o t I n c r e m e n t a l S h e e t F o r mＧi n g P r o c e s s[J]．J o u r n a l o fP l a s t i c i t y E n g i n e e r i n g,２０１８,２５(５):８７Ｇ９８．[１６]㊀赵升吨,李泳峄,范淑琴．超声振动塑性加工技术的现状分析[J]．中国机械工程,２０１３,２４(６):８３５Ｇ８４０．Z HA OS h e n g d u n,L IY o n g y i,F A NS h u q i n．A n a lＧy s i so fP r e s e n tS i t u a t i o no f U l t r a s o n i c V i b r a t i o nP l a s t i c i t y M a c h i n i n g T e c h n o l o g y[J]．C h i n a M eＧc h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０１３,２４(６):８３５Ｇ８４０．[１７]㊀柏朗,李言,杨明顺,等．超声振动Ｇ单点增量复合成形过程中成形力的分析与建模[J]．机械工程学报,２０１９,５５(２):４２Ｇ５０．B A IL a n g,L IY a n,Y A N G M i n g s h u n,e t a l．A n aＧl y t i c a lM o d e l o fU l t r a s o n i cV i b r a t i o nS i n g l eP o i n tI n c r e m e n t a l F o r m i n g F o r c e[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１９,５５(２):４２Ｇ５０．[１８]㊀L A N G E N E C K E RB．E f f e c t s o fU l t r a s o u n do nD eＧf o r m a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f M e t a l s[J]．I E E ET r a n s a c t i o n so n S o n i c s&U l t r a s o n i c s,１９６６,１３(１):１Ｇ８．[１９]㊀A N D R A D ER,S K U R T Y SO,O S O R I OF．D e v e lＧo p m e n t o f aN e w M e t h o d t oP r e d i c t t h eM a x i m u mS p r e a dF a c t o r f o rS h e a rT h i n n i n g D r o p s[J]．J o u rＧn a l o fF o o dE n g i n e e r i n g,２０１５,１５７:７０Ｇ７６．[２０]㊀祁爽,蔡力勋,包陈,等．基于应力三轴度的材料颈缩和破断行为分析[J]．机械强度,２０１５,３７(６):１１５２Ｇ１１５８．Q I S h u a n g,C A IL i x u n,B A O C h e n,e ta l．S t u d yo nN e c k i n g a n dF r a c t u r e o f D u c t i l eM a t e r i a l s B a s e do nS t r e s s T r i a x i a l i t y[J]．J o u r n a lo f M e c h a n i c a lS t r e n g t h,２０１５,３７(６):１１５２Ｇ１１５８．[２１]㊀S O T O G,F O N T B O N AJ,C O R T E ZR,e t a l．A n O n l i n eT w oＧs t a g e A d a p t i v e A l g o r i t h m f o rS t r a i nP r o f i l eE s t i m a t i o n f r o m N o i s y a n dA b r u p t l y C h a nＧg i n g B O T D R D a t aa n d A p p l i c a t i o nt o U n d e r g r o u n dM i n e s[J]．M e a s u r e m e n t,２０１６,９２:３４０Ｇ３５１．[２２]㊀G U A N W S,H U A N G H X．A P r o p o s e dT e c h n i q u e t o A c q u i r e C a v i t y P r e s s u r e U s i n g a S u r f a c eS t r a i nS e n s o r d u r i n g I n j e c t i o nＧc o m p r e s s i o n M o l d i n g[J]．J o u r n a lo f M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e&E n g i n e e r i n g,２０１３,１３５(２):０２１００３．[２３]㊀柏朗,李言,杨明顺,等．超声振动单点增量成形力研究[J]．机械科学与技术,２０１８,３７(２):２７０Ｇ２７５．B A IL a n g,L IY a n,Y A N G M i n g s h u n,e t a l．R eＧs e a r c ho nF o r m i n g F o r c e i nS i n g l eP o i n t I n c r e m e nＧt a l F o r m i n g w i t hU l t r a s o n i cV i b r a t i o n[J]．M e c h a nＧi c a lS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y f o r A e r o s p a c e E n g iＧn e e r i n g,２０１８,３７(２):２７０Ｇ２７５．(编辑㊀胡佳慧)作者简介:侯晓莉,女,１９７９年生,博士研究生.研究方向先进制造与现代加工技术及试验方法.发表论文１０余篇.EＧm a i l:x i aＧo l i h o u＠x a u t．e d u．c n.李㊀言(通信作者),男,１９６０年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为深孔加工㊁新型加工原理及成形技术.出版专著１部,发表论文３０余篇.EＧm a i l:j y x yＧl y＠x a u t．e d u．c n.７６９铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究 侯晓莉㊀李㊀言㊀杨明顺等Copyright©博看网 . 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基于STL模型的双面数控渐进成形干涉检查与修正
基于STL模型的双面数控渐进成形干涉检查与修正朱虎; 肖冬选; 姜在宽【期刊名称】《《中国机械工程》》【年(卷),期】2019(030)023【总页数】9页(P2890-2898)【关键词】双面数控渐进成形; 干涉检查; 干涉修正; STL模型【作者】朱虎; 肖冬选; 姜在宽【作者单位】沈阳航空航天大学机电工程学院沈阳 110136; 庆南大学机械自动化工学部昌原 51767【正文语种】中文【中图分类】TG4850 引言金属板材数控渐进成形技术是一种新的板材无模成形技术[1]。
该技术不采用模具也可成形加工出具有复杂几何形状的板材件，非常适合于小批量多品种生产[2]，并可广泛应用于医疗器械、交通运输和航空航天等领域[3]。
双面数控渐进成形是数控渐进成形技术的一种[4-5]，不同于现行的采用一个成形工具头的单点数控渐进成形，双面数控渐进成形在成形过程中采用的是一主一副两个工具头，其中主工具头起主挤压作用，副工具头作为局部动态支撑，对板材起支撑作用，并且两工具头分别位于板材两侧，在整个成形过程中两工具头做同步协同运动[6-7]。
然而，在双面数控渐进成形过程中，由于分别位于板材两侧的两工具头需要时刻保持同步协同的运动关系和一定的相对位置关系，使得工具头与板材之间发生干涉的概率加大，因此在生成双面数控渐进成形轨迹时有必要解决挤压工具与工件的干涉问题。
LINGAM等[8]对由成形力引起的工具头和板材变形进行补偿并生成了成形轨迹，但对于工具头与板材之间由于位置不当引起的干涉问题，仅考虑将设计件的开口干涉部位设计为大于成形工具头半径的圆角的方法，并没有提出实际有效的干涉修正方案。
随后，LINGAM等[9]又提出了基于STEP数据模型的、具有主/副工具头切换功能和干涉检查等功能的双面数控渐进成形轨迹生成方法，但研究中并未考虑不具有拓扑信息的STL模型，且副工具头轨迹仅通过调整模型来避免干涉，未能从根本上解决干涉问题。
金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟
金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟作者：华中科技大学李迎浩莫键华摘要：本文介绍了金属板料分层渐进成形过程有限元模拟。
在金属板料渐进成形过程中，材料的弹塑性变形十分复杂，影响成形过程的因素很多，同时各个工艺参数对成形过程的影响又很难确定。
为此根据金属板料分层渐进成形为多工步成形的技术特点，建立一种有限元模拟方案，对板料渐进成形过程进行模拟分析。
关键词：分层成形；渐进成形；有限元模拟1．前言板料零件数控渐进成形工艺是一种通过数字控制设备，采用预先编制好的控制程序逐点成形板料零件的柔性加工工艺。
该工艺不需要专用模具，成形极限较大，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的自由曲面，适合于航天、汽车工业等的小批量、多品种、形状复杂的板料零件加工，有着十分诱人的发展前景。
但是迄今为止，国际上对数控渐进成形工艺的研究也只处于探索阶段，理论方面的分析较少且不成熟，对于该工艺的成形和控制方面还有待于发展完善。
随着有限元分析技术的飞速发展以及计算机性能的不断提高，一个融入了计算机图形学、数值方法、塑性成形理论与工艺等各类技术的模拟软件系统已逐渐成为板料数控渐进成形研究及成形优化的强有力的工具。
本文就引入有限元模拟技术对板料零件数控渐进成形工艺的成形过程进行模拟方面的探讨。
2．金属板料数控渐进成形原理板料零件数控渐进成形的加工过程如图1所示。
数控成形系统主要由工具头（成形工具）、导向装置、芯模和机床本体组成。
工具头在数控系统的控制下进行运动，芯模起支撑板料的作用，对于形状复杂的零件，该芯模可以制成简单的模具，有利于板料的成形。
成形时，首先将被加工的板料置于一个通用芯模上，在托板四周用压板夹紧板料，该托板可沿导柱上下滑动。
然后将该装置固定在三轴联动的数控成形机上，加工时，成形工具先走到指定位置，并对板料压下设定压下量，然后根据控制系统的指令，按照第一层轮廓的要求，以走等高线的方式，对板料进行单点渐进塑性加工，如图1b所示。
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金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化分析
通过CAD模型，能够直接驱动金属板材数控渐进成型技术，来设计完成柔性快速一体化的制造与加工。
这种技术在提升加工效率上必然会发挥巨大的作用，对此，文章对相关方面的内容进行了论述。
标签：金属板材；数控渐成形；加工轨迹；交互修改优化
1 加工原理分析
沿着z轴方向将复杂的三维形状离散化处理，就是将多个二维断面层分解出来，在二维断面层上，塑性加工其局部。
图1为基本的加工原理图。
在一个支撑模型9上放置被加工板材3，在板材周围通过压板4在托板5上将材料夹紧，可以顺着导柱6自由上下滑动托板。
在三轴联动的数控无模成形机上固定该装置，加工的过程中，首先在指定的位置控制成形工具头，将压下量设定在板材下，之后在控制系统的作用下，在第一层截面轮廊规定下，通过等高线的形式，渐进塑性加工板材。
在第一层截面轮廊形成之后，将高度在成形工具头压下设定出来，再依据下一层截面轮廊的规定去运动，从而将这一层的轮廊构造出来。
多次这样操作，直到加工完成整个工件为止。
加工轨迹与工艺规划是这些塑性加工成型的重点。
工件的成型精度不仅会直接受到它的影响，同时，不恰当的轨迹与工艺会直接造成加工受阻。
2 具体的修改和优化对策分析
2.1 优化改造CAM/CAD软件生成加工轨迹
通过图2中所示的工艺路线，对板材数控渐进成型过程进行改进与优化，首先，在工艺要求的基础上，将零件的CAD模型在通用的CAM/CAD软件中构建起来，再从CAD模型着手，将工艺模型制作出来，并且在此基础上构成加工轨迹和支撑模型，之后加工模板，使其成为需要的模型。
然而，在成形的时候，垂直部分的板材变形或者工件的尖角处，因为超过了相应的塑性变形极限，这样塌陷和破裂问题极易发生。
所以，需要根据实际情况认真的修改这些部位的加工轨迹。
但是，在加工修改这些加工轨迹的时候，一定要转换到过去的三维模型中。
再将加工轨迹重新生成出来，比如图2中的第一种方法。
一般的时候，是通过多个细小的面片缝合而得到CAD模型中的复杂曲面，因此，在进行修改的时候就会面临很多的困难。
并且，很多三角模型中的特征参数已经不复存在，一些时候还存在STL格式的模型，修改起来就会非常的困难。
所以，弄清楚了这些以后，在加工修改这些轨迹的时候，我们建议应用人机交互的方法直接完成。
2.2 应用人机交互交工轨迹进行优化与修改
人机交互轨迹修改的基本流程图，出发于CAD模型，不但能够利用CAM 处理器或者STEP-NC标准模块生成具备NURBS形式的轨迹加工文件，也能够通过CAM处理器，将NC代码文件生成出来，然后通过NURBS转换和NC轨迹的整合，将等价的NURBS格式获取出来，从而构成全新的加工轨迹，拼接重构上述不同方式所得到的NURBS轨迹，这样通过对控制顶点的拖动，就可以手工修改加工轨迹的局部。
在通过人机交互的方式修改加工轨迹时，因为存在着离散的轨迹段，在完成了相应的修改之后，对于整个轨迹环的光顺度是很难进行保证的。
就光顺曲线而言，指的是有较少的拐点存在于曲线上，而且，曲率在整个曲线上都能够均匀的变化，在此原则下，曲线的光顺过程一般被分为两步：离散曲率的光顺和多余拐点的去除。
与其存在一定差别的是，文章主要用NURBS形式将非自由曲线的轨迹段展现了出来，只要将相连的两条轨迹段和被修改的轨迹段连接起来，再一同构成一个整体性的轨迹段，这样就能够很好的保障三条轨迹段连接处的光顺程度。
在表达转换完成了轨迹段的NURBS之后，采用三重顶点方式将两条邻近的轨迹段连接起来，此时，将两个控制顶点插入到相邻的NURBS曲线的交点间，但是，剩余的控制顶点不应该出现变化。
为了能够有效的通过三重顶点拼接NURBS轨迹段，并且，将修改以后的基本情况展现出来，所以，在VisualC++6.0平台上实现整个功。
具体操作过程如下：
第一，将选取的加工轨迹环从加工数据文件中读取出来。
第二，NURBS初始化处理选取的轨迹，从而将相应的函数构造出来。
第三，将轨迹上的控制点依次判断出来，一旦控制点存在于两段轨迹拼装处，这样就需要重构三重顶点，将相应的函数关系构造出来。
第四，人机交互拖动修改轨迹；第五，将修改之后的轨迹进行存储，并且用G代码将其表示出来，将函数构造出来；第六，通过上一步处理之后的代码进行加载加工，对加工的过程实时进行检测，一旦出现缺陷，将需要从第一步重新开始。
通过人机交互修改和优化轨迹时，能够发现轨迹通过三重顶点重构和NURBS转化之后，局部的轨迹就可以被拖动修改完毕，从而光滑的轨迹段就会被构造出来，使凹陷处和尖角处轨迹的光化过度就会成为现实，进而确保了能够顺利的加工凹陷和尖角处。
应用案例分析：某工程在对翼子板模型利用CAD软件生成中，如果不修改其中的尖角处，这样破裂情况就会出现在其中，造成加工难以顺利进行，在利用人机交互方法进行修改和优化以后，这样尖角处的圆滑过渡将顺利的被实现。
在数控渐进成形机上加载修改后的轨迹，这样将与技术要求相符合的翼子板零件创造出来。
3 结束语
在进行零件加工过程中的快速响应时，以前的金属板材数控渐进成形工艺是难以实现的，并且，对生产加工中的一些精度也很难精确的进行控制。
对此，文章对金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化的相关内容进行了阐述，从而为促进我国相关行业的发展提供一定的理论和技术支撑。
参考文献
[1]方景春，莫健华，赵忠，等.金属板材数控渐进成形加工轨迹交互修改及优化[J].锻压装备与制造技术，2011（9）：632-633.
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