基于数控渐进成形的大型雕塑拼块成形技术
基于背板的双面数控渐进成形方法
基于背板的双面数控渐进成形方法一、方法原理基于背板的双面数控渐进成形方法是利用数字控制技术控制压力以及变形过程的一种方法。
该方法主要通过双面受力，即工件上下两个受力区域，通过改变背板上的压头位置，控制金属材料的成形过程。
通过数控系统控制压力和背板位置，可以实现精确的成形。
二、方法步骤1.设计背板结构：根据工件的形状和要求，设计合适的背板结构，包括尺寸、型状等。
2.设计数控系统：根据成形过程中的控制要求，设计数控系统，包括压力、背板位置等参数。
3.制备背板：根据背板结构设计，制备合适的背板。
4.安装背板：将背板安装在数控系统中，并根据工件的要求进行调整。
5.设置数控参数：根据工件的要求，设置数控参数，包括压力、移动速度等。
6.开始成形：通过数控系统的控制，控制背板位置和压力，开始进行成形过程。
根据工件的形状和要求，逐渐调整背板位置，控制金属材料的变形过程。
7.检查和修整：成形过程完成后，对成形后的工件进行检查和修整，保证成形质量。
三、应用领域1.汽车制造：该方法可以用于汽车车身、发动机等零部件的成形过程中，保证零部件的精度和质量。
2.飞机制造：航空航天领域对金属材料的要求非常高，该方法可以用于飞机零部件的成形过程，保证零部件的精度和质量。
3.电子产品制造：电子产品外壳的成形需要精确控制金属材料的变形，该方法可以满足其高精度成形的要求。
4.机械制造：机械制造领域对金属材料的要求也非常高，该方法可以用于各种机械零件的成形过程中。
总之，基于背板的双面数控渐进成形方法是一种利用数字控制技术进行金属材料成形的方法。
其通过双面受力和数控系统的控制，可以实现精确的成形过程。
该方法具有广泛的应用领域，特别是需要高精度成形的领域。
数控雕塑入门知识点总结
数控雕塑入门知识点总结一、数控雕塑概述数控雕塑是利用数控设备进行雕塑加工的一种工艺，通过CAD/CAM软件进行设计和程序编写，然后由数控机床进行自动加工，可以实现复杂雕塑的制作。
二、数控雕塑的发展历史数控雕塑技术起源于20世纪60年代，当时美国军方开始使用数控设备进行航空航天零部件的加工，之后逐渐应用到雕塑领域。
随着计算机技术的不断进步，数控雕塑技术得到了迅速发展，成为现代雕塑制作的重要工艺。
三、数控雕塑的技术原理1. CAD/CAM软件设计：数控雕塑首先需要进行产品设计，设计师使用CAD软件进行产品立体造型和表面处理，再将设计好的模型输入到CAM软件中进行加工路径的生成和优化。
2. 程序编写：程序员根据CAD设计图纸编写数控加工程序，包括刀具路径、加工速度、加工深度等参数的设定。
3. 数控机床加工：数控机床根据预先设定好的加工程序进行自动加工，实现对雕塑产品的精细加工。
四、数控雕塑的工艺流程数控雕塑的工艺流程主要包括产品设计、加工路径生成、数控编程、机床加工等环节，每个环节都需要精心设计和安排。
五、数控雕塑的应用领域数控雕塑广泛应用于工艺品、雕塑、装饰品、建筑立面等领域，可以满足不同领域对雕塑品的形状、尺寸和材质要求。
六、数控雕塑的设备和工具数控雕塑加工需要使用CAD/CAM软件、数控机床、加工刀具和夹具等设备和工具，保证雕塑加工的精度和效率。
七、数控雕塑的优势数控雕塑相比传统手工雕塑具有精度高、效率高、成本低等优点，在现代工业生产中得到了广泛应用。
八、数控雕塑的发展趋势随着计算机技术和数控设备的不断进步，数控雕塑技术将更加智能化、柔性化和环保化，成为未来工艺制造的主流之一。
综上所述，数控雕塑是一种现代化的雕塑加工工艺，通过CAD/CAM软件设计和数控机床加工实现雕塑产品的生产，具有广泛的应用前景和发展空间。
希望本文能够对数控雕塑的入门知识进行了解和学习。
大型雕塑曲面零件五轴联动数控加工技术
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圈 ５ 加 工 刀具
四 五轴数控加工刀位计算和仿真
雕塑 曲面零件的五轴联动数控加工刀位计算方 式在 Ｃ ＡＭＡＮＤ软件 中有Ｉ ＴＥ （ Ｎ ＲＰ 插值 ） 、ＮＯ Ｒ— ＭＡＬ 法向 ） Ｉ Ｔ（ （ 、Ｔ Ｌ 倾斜 ） Ｔ ＮＧ Ｏ（ 向） 和 Ｔ 切 等多 种方式 ，但对于大型雕塑 曲面零件 ，最常用的是 Ｔ ￣式来加工，这种加工方式加工时的刀具轴和 ｍＴ －
六 结束语
大型雕塑 曲而零件的五轴联 动加 工技术可 有 效解决这娄零件加工精度 和加工敬率之 间的矛盾 ，
田 ７ 某 雕塑 曲 面 的五 岛 加 工 刀住
这种技术涉 及到 汁算机辅助三维 曲面造型 ，计算机 辅助制造及机臧加工工 艺技术等多学科综合技术。 笔
铣刀，特别适台雕塑曲面零件 的半精加工和精加工 ；
Ｋ ｎ ａ ｔｌ 司的２ ０ ２ １ ｅ ｎ ｍｅａ 公 ２ ／ ２ 系列刀具具有 耐冲击和 刚性好等优点 ，适台粗加工快速大吃刀量加工 ，图
５ 示 的￣ Ｓ ｎ ｖｋ 所 ａ ｄ ｉ 和Ｋｅ ｎ ｍｅ ｌ 司 的刀 具 图片 。 ｎａ ｔ￣ ａ
切 削点 曲面法 矢成 一定 的前后倾 角 （ ａ Ｌｅ ｄ／Ｌ ｇ ａ Ａｎ ｌ） ｇｅ或侧倾角 （ ｉｈ／ ｅｔＡ ｇｅ ，图６ Ｒ ｇ ｔ Ｌｆ ｎ ｌ） 所示 的 是ｎＬ Ｔ方式刀轴示意 图。
ｇ 工为指导思想。 如今，有的厂家也有另一种工艺方
８ 式。 对于无确定基准的大型雕塑 曲面 ，将其直接 自由
选择刀具的直径应根据雕塑 曲面零件 的曲率大小来 确定 ，原则是刀具半径应该小于雕塑 曲面凹曲面的 最 小曲率半径 ，但也不宜太 小，否则将 使加 工效率 降低。 对于 曲率半径变化太大的雕塑曲面零件 ，也可 把整个零件划分成不 同区域 ，选择 不同直径 的刀 具 ， 提 高加工 效率。
渐进成形技术
负成形
负成形示意图
负成形机床
正成形
2、 正成形方法中，需要支撑模型，支撑 模型的轮廓形状要与所成形的零件的形状一致 ，在加工中起到支撑的作用，这种支撑模型与 冲压成形中的模具有很大差别，它的精度要求 不是很高，并且材料的选择上比较灵活。在这 种成形方法中，首先要加工支撑模型，支撑模 型加工完毕后再放上板料，与负成形所不同的 是正成形中成形压头每走完一层的路径，托板 都要带动板料与成形压头共同向下移动相同距 离。数控成形装置主要由成形压头、导向装置 （导柱、导套）、顶支撑模型、托板、夹具组 成。
板料由夹具夹紧然后成形压头按设定好的程序实现分层加工每加工一层成形压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负成形负成形示意图负成形机床正成形2正成形方法中需要支撑模型支撑模型的轮廓形状要与所成形的零件的形状一致在加工中起到支撑的作用这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别它的精度要求不是很高并且材料的选择上比较灵活
正成形
正成形示意图
产品
本田S800跑车引擎盖 金属面具
特点、优势
1、实现柔性制造。不需要专用模具，与传统成形 方法相比，可节省巨额的模具制造费用，对航空航天 领域等多种小批量产品，家用电器等新产品的开发及 汽车新型车试制等具有较大的经济价值和发展前景。 2、重复性好。由数控机床控制成形压头的运动， 可以保证成形零件的重复性好，可控制金属流动。 3、具备快速成形技术和塑性加工技术的优点。 可以极大降低产品的制造成本并缩短开发级制造周期 。 4、实现数字化分层局部制造。可以把形状复杂 的零件分成一系列的二维层进行加工，便于成形且修 改方便。
特点、优势
研究现状
问题： 1、破裂(成形角大到一定角度就会发生）； 2、零件精度及回弹。 考虑： 1、从影响成形极限角的因素（板料厚度、 压头直径、模型形状）考虑改进； 2、通过优化压头路径可以提高表面光洁度 ，减小回弹，提高零件精度。
近净成型技术—基于数字化制模的大型铸件快速铸造技术
近净成型技术—基于数字化制模的大型铸件快速铸造技术华中科技大学叶升平，吴志超，樊自田，董选普，叶春生基于数字化制模的铸件快速铸造技术是将CAD/CAM技术，RP技术、消失模铸造和V 法成型技术融合在一体的综合技术。
主要解决大型铸件近净成型的快速铸造难题。
该技术可用于数控机床铸件、汽车覆盖件冲模毛坯以及和工程车配重块的快速铸造，尤其是生产小批量大型铸件，比传统砂型铸造相比，其周期缩短1/2,制作成本减少1/3,铸件精度提高1-2等级，铸件表面粗糙度达到25μm。
节能减排效果显著。
一、工作基础华中科技大学从事消失模与V法铸造工艺原理及成套技术研究近二十年，在消失模与V法铸造基础理论和应用研究上处于国内领先水平。
1991-1995年完成了湖北省科委重点科技研究项目“汽车零件气化模精密铸造成套技术”、1996年完成国家教委博士点基金项目“气化模铸造法铸件成形的三维数值模拟及质量控制”，1997年国家科委批准我校为“九·五”国家级科技成果重点推广项目“消失模精密铸造成套技术”的技术依托单位。
2000年，中国机械工程学会铸造分会消失模与V法铸造技术委员会挂靠我校。
1998年《气化模精密铸造成套技术》获得湖北省科技进步二等奖。
有关专利5项，专著3本。
典型案例：大型铸件包括数控机床床身和其配件等。
二、研究内容与关键技术1）开发三层共挤复合基材EVA铸造膜（该技术正在申报发明专利）。
2）对于大型铸件，采用多功能泡沫模线加工数控成形机和特殊数控刀具，在高密度泡沫板材（30-35g/cm3）上实现快速数控加工，加工出V法铸造所需凸凹模样；3）对于特大型铸件，在木质骨架上，涂抹20-30厚的非金属混合料(粉煤灰、菱苦土、木屑等原料，采用无机粘结剂如石膏、水玻璃以及卤水等)，使其固化后，采用数控加工模具型面，制作V法铸造用的透气模样。
4) 基于泡沫或非金属材料快速模样，利用高断裂延伸率（≥700%）高延伸率宽幅（5.6-5.8 M）EVA薄膜，在特制真空砂箱中完成V法覆膜造型，采用大型真空系统高效节能智能自控技术，完成单件或小批量铸件的近净成型翻制。
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。
基于数值模拟的板材渐进成形回弹技术应用研究
１板材渐进成形回弹技术研究必要性 就目前国内外关于这一技术的研究而言，金属板材的渐进 成形技术还处于有待进一步开发的技术领域。研究这项技术， 能够帮助尽快 的 占 据 这 一 技 术 的 市 场，提 升 企 业 产 品 开 发 能 力，同时实现自身生产加工模式转变和技术改进。目前这项技 术发展还不够成熟，但是潜在的市场前景却十分广阔，是制造 业研究探索的重点对象之一。针对渐进成形技术丶研究中，日 本科学技术振兴事业财团为此专项拨款，研制出多种样机，能 够针对汽车覆盖件加工实现应用，这一技术还处于试验阶段， 相关的无模成形技术也在加紧研发中。而我国的金属板材的 无模成形加工技术现阶段的发展中，渐进成形技术的前景比较 广阔，这一技术结合了多种塑性技工技术的优势，能够为相关 领域制造各种特殊的零部件产品，让产品生产更加理想化、高 效化，突破传统模具加工的短板，通过理论分析、计算、模拟以 及实验等过程，研究金属板材渐进成形中的回弹技术，对于为 渐进成形技术质量提供有效的保障具有重要意义。 ２基于数值模拟的渐进成形回弹影响因素分析 在金属板材的渐进成形加工过程中，基本的数值模拟渐进 成形加工原理是按照具体的数值模拟渐进成形方向差异，将渐 进成形划分成正向成形以及反向成形，其中的正向成形原理就 是通过将板材放在相应的成形支撑模具中，使用托板以及压板 来固定板材的位置，借助工具头来对于板材进行逐层挤压，完 成一层板材挤压后需要确保工具头和板材能够一同移动，为下 一步加工做好准备，最终完成全部成形任务即可。而反向成形 的原理则是通过将板材加紧后，工具头会根据相应的程序设计 来对于板材实施逐层挤压，完成一道挤压工序后，工具头逐层 下降，直到完成全部层次的加工任务，在这一过程中，需要始终 确保夹具稳定不动。在这一过程中，针对加工成形质量产生影 响的因素有很多，针对各个等高线层的垂直距离能够产生质量 影响的因素中，回弹值是重要因素，回弹情况对于制件的尺寸 精度、外观质量等都会产生直接影响，最终决定产品是不是合 格。在加工中，通过对于制件进行测量以及对于目标模型尺寸 偏移情况和回弹值进行测量，对于制件的尺寸精度的量化具有 一定作用。在 工 件 的 尺 寸 精 度 的 影 响 因 素 中，加 工 的 进 给 速 度、工具头直径以及润滑状况还有制件自身的因素都可能影响 精度。 通过实验研究发现，层间距的垂直距离对于具体的尺寸精 度会产生直接影响，且工具头的直径对于制件的尺寸精度也会 产生较大影响。要想促进制件精度和质量提升，需要重点针对 分层高度以及工具头大小做好选择和控制。 此外，对于制件 精 度 会 产 生 较 大 影 响 的 因 素 中，制 件 自 身 的材料性能也是重要影响因素之一，在工具头直径、进给速度 以及层间高度一致的情况下，针对一毫米的板材进行加工，使 用不同材质的板材，对比铝合金、钢材以及高强度钢在同等状 况下的加工结果，发现制件的材质自身的变形抗力强度越大，
雕塑与科技的融合数字时代的创新艺术
雕塑与科技的融合数字时代的创新艺术在数字时代，科技的发展给艺术创作带来了前所未有的可能性与挑战。
其中，雕塑与科技的融合成为一种新的创新艺术形式，为艺术家提供了更广阔的创作空间和表现手段。
本文将就雕塑与科技融合的方式、实践案例以及对艺术创新的影响进行探讨。
一、雕塑与科技的融合方式1. 数字雕塑技术数字雕塑技术是指通过计算机辅助设计（CAD）和计算机数控（CNC）加工技术，将传统雕塑过程数字化，实现更精细的创作和生产。
这种方式使得艺术家能够更加准确地表达自己的创作意图，并且可以在雕塑作品中加入更为复杂的结构和形态，达到形式与艺术内涵的完美统一。
2. 3D打印技术随着3D打印技术的进步，雕塑艺术家可以通过将数字模型导入3D打印机，实现对复杂形态的快速制作。
这种方式极大地提高了雕塑创作的效率，并且可以打破传统雕塑材料的限制，使用更为多样化的材料进行创作，使得作品的表现形式更加丰富多样。
3. 交互雕塑交互雕塑是指通过传感器、激光和投影等技术，使雕塑作品能够与观众进行互动。
观众的动作和行为可以被感知并产生相应的反馈，从而创造出一种身临其境的艺术体验。
这种方式将传统的观众passively 观赏艺术品的模式转变为观众 actively 参与其中，大大增加了艺术作品的趣味性和吸引力。
二、雕塑与科技的融合实践案例1. 《数字人生》《数字人生》是由数码艺术家李思捷创作的一组雕塑作品。
他使用3D打印技术打造了一系列逼真的人物形象，将这些数字雕塑置于真实场景中，通过AR技术与观众进行互动。
观众可以通过手机或平板电脑查看增强现实图像，与数字人物进行对话、游戏等活动，让观众融入到作品的虚拟世界中。
2. 《数字花园》《数字花园》是由艺术家迪纳·赛曼使用交互技术创作的一组作品。
她将真实植物与数字雕塑相结合，在作品中运用投影技术，使得植物的生长与雕塑的形态相互影响。
观众可以通过触摸雕塑或调整光线等方式，改变作品的形态和颜色，创造出一个虚拟而动态的花园。
复杂钣金零件渐进成形的方法
复杂钣金零件渐进成形的方法作者：常建阳王慧玲来源：《活力》2019年第10期[摘要]近年来，国内外越来越多的学者致力于金属板料单点渐进成形技术的研究。
渐进成形技术是根据工件形状的几何信息，在数控设备上控制成形工具头沿特定轨迹对板料进行局部的塑性加工，使板料逐渐成形为所需工件。
渐进成形不需要专用的模具，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的工件，对于飞机等多种小批量产品、家用电器等新产品的开发以及汽车新型样车试制等具有较大的经济价值和广阔的发展前景。
[关键词]渐进成形;钣金件;数控技术一、渐进成形分类及特点（一）渐进成形的分类渐进成形分为负成形与正成形。
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。
形状复杂的零件要用正成形的方法。
在正成形方法中，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。
在这种成形方法中，首先加工支撑模型，支撑模型加工完毕后再放上板料，以后的加工步骤与负成形基本相同，所不同的是正成形中成形工具头每走完一层的路径，托板都要带动板料与成形工具头共同向下移动相同距离。
（二）渐进成形方法的特点渐进成形过程中板料的成形能力有所提高，从成形极限图上可以看出，成形极限可以用max minε+ε表示，因此，渐进成形中板料可以有更大的变形量。
渐进成形的缺点主要是成形效率较低，成形单个零件所需要的相对时间比较长，因此如何提高其成形效率也是其是否能够广泛应用的一个很重要的前提。
二、试验结果与讨论（一）零件表面数据的测量零件的表面质量采用轮廓仪进行测量，得到零件上沿一条表面曲线的轮廓数据，几种方法成形的零件成形角大时表面质量都比较高，因此选择一条零件成形角度在0。
基于背板的双面数控渐进成形方法
第２５卷第１期计算机集成制造系统V o l ．２５N o ．１２０１９年１月C o m p u t e r I n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g S ys t e m s J a n ．２０１９D O I :１０．１３１９６/j．c i m s ．２０１９．０１．００９收稿日期:２０１７Ｇ０７Ｇ３１;修订日期:２０１７Ｇ１１Ｇ２８.R e c e i v e d ３１J u l y ２０１７;a c c e pt e d２８N o v ．２０１７．基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(２０１４０２４０１１).F o u n d a t i o n i t e m :P r o j e c t s u p p o r t e db y t h eN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fL i a o n i n gP r o v i n c e ,C h i n a (N o ．２０１４０２４０１１)．基于背板的双面数控渐进成形方法朱㊀虎１,肖冬选１,姜在宽２(１．沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁㊀沈阳㊀１１０１３６;２．庆南大学机械自动化工学部,韩国㊀昌原㊀５１７６７)摘㊀要:为了解决双面数控渐进成形中板材件无支撑悬空区域存在变形的问题,提出一种背板辅助的双面数控渐进成形方法.该方法以背板对板材的支撑作用,抑制板材件非成形区的非理想变形,进而提高成形质量.研究了面向复杂板材件基于背板的双面数控渐进成形策略和对于一个给定待成形板材件标准模板库模型自动生成所需背板计算机辅助设计模型的算法.该算法根据板材件类型的不同,通过提取待成形板材件标准模板库模型的特征轮廓,采用顶点偏置方法生成出背板计算机辅助设计模型,并采用数值模拟和实际成形实验对所提背板辅助双面数控渐进成形方法进行了验证和评估.有限元分析和实验结果表明,双面数控渐进成形中背板的使用能够有效提高成形件的成形质量,具有可行性和可应用性.关键词:板材成形;双面数控渐进成形;背板;成形质量中图分类号:T H １６４㊀㊀㊀文献标识码:AD o u b l e s i d e d c o m p u t e r n u m e r i c a l c o n t r o l i n c r e m e n t a l f o r m i n g b a s e do nb a c k i n gpl a t e Z HU H u １,X I A OD o n g x u a n １,K A N GJ a e gu a n ２(１．C o l l e g e o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,S h e n y a n g A e r o s p a c eU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g １１０１３６,C h i n a ;２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dA u t o m a t i o nE n g i n e e r i n g ,K y u n g n a m U n i v e r s i t y ,C h a n gw o n５１７６７,K o r e a )A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e mo f s h e e t p a r t s d e f o r m a t i o n i nu n s u p p o r t e d s u s p e n s i o n a r e a o f d o u b l e s i d e dC o m p u t e r N u m e r i c a l C o n t r o l (C N C )i n c r e m e n t a l f o r m i n g ,a f o r m i n g m e t h o d o f b a c k i n gp l a t e a s s i s t e dd o u b l e s i d e dC N C i n c r e Ｇm e n t a l f o r m i n g w a s p r o p o s e d ．T h eb a c k i n gp l a t e w a su s e dt os u p po r ta n dr e s t r a i nt h en o n Ｇi d e a ld e f o r m a t i o no f s h e e t s n o n Ｇf o r m i n g a r e a ,t h e r e b y i m p r o v i n g t h e f o r m i n g q u a l i t y ．T h e d o u b l e s i d e dC N C i n c r e m e n t a l f o r m i n g s t r a t e Ｇg y b a s e do nt h eb a c k i n gp l a t ef o rc o m p l e xs h e e t p a r t s ,a n dt h ea l g o r i t h mt oa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t et h er e qu i r e d b a c k p l a n eC A D m o d e l f o ra g i v e nS T L m o d e lw e r ed i s c u s s e d ．T h eS T L m o d e l c o n t o u ro f t h et o Ｇb e Ｇf o r m e ds h e e t p a r t s a c c o r d i n g t o t h e i r d i f f e r e n t t y p e sw e r e e x t r a c t e db y t h e a l g o r i t h m ,a n d t h e b a c k i n gpl a t eC A D m o d e lw a s g e n Ｇe r a t e db y v e r t e xb i a sm e t h o d ．I na d d i t i o n ,n u m e r i c a l s i m u l a t i o na n da c t u a l f o r m i n g e x p e r i m e n t sw e r eu s e dt ov a l i Ｇd a t e a n de v a l u a t e t h e p r o p o s e db a c k i n gp l a t e a i d e dd o u b l e s i d e dC N C i n c r e m e n t a l f o r m i n g m e t h o d ．F i n i t e e l e m e n t a Ｇn a l y s i s a n de x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e u s e o f b a c k i n gp l a t e i n d o u b l e s i d e dC N C i n c r e m e n t a l f o r m i n g c o u l d e f f e c t i v e l y i m p r o v e t h e f o r m i n gq u a l i t y o f f o r m e d s h e e t p a r t s ,w h i c hw a s f e a s i b l e a n da p p l i c a b l e ．K e yw o r d s :s h e e t f o r m i n g ;d o u b l e s i d e d c o m p u t e r n u m e r i c a l c o n t r o l i n c r e m e n t a l f o r m i n g ;b a c k i n g p l a t e ;f o r m i n gq u a l i t y１㊀问题的提出数控渐进成形技术是一种新型无模成形技术[１],其成形原理是将待成形件的三维变形过程离散为二维层面上的逐点挤压累积效应,即工具头在成形轨迹的控制下,沿着模型轮廓对边缘固定的板第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法材进行逐点逐层挤压[２],最终成形出所需板材件的一种成形方式[３].数控渐进成形具有成形设备简单㊁成形力小㊁板材利用率高等优点[４],尤其适用于小批量㊁多品种㊁个性化[５Ｇ６]板材类零件的成形加工和样件试制.数控渐进成形在成形过程中时刻发生着局部塑性变形,其成形过程存在变形不稳定㊁成形件精度低㊁表面质量差等问题[７].支撑的使用能够在一定程度上提高成形件的质量和精度,因此数控渐进成形大都采用支撑[８Ｇ９].支撑的形状与待成形板材件形状相一致,如图１所示,当待成形板材件的形状改变时,与其相匹配的支撑也需要重新加工制作.双面数控渐进成形(D o u b l e S i d e d C N C I n c r e m e n t F o r m i n g,D S I F)策略[１０]能够解决加工支撑的耗时耗材问题,该成形方式采用一主一副两个工具头,主工具头对板材起主挤压作用,副工具头代替传统渐进成形中的支撑对板材起支撑作用,两个工具头在成形过程中分别位于板材两侧,时刻保持同步协同的运动关系.然而,在双面数控渐进成形中副工具头仅起到局部支撑作用,而板材未受副工具头支撑的悬空部位受成形力的作用可能会产生弯曲变形,影响成形件的成形精度和表面质量.M a l h o t r a等[１０]通过实验和有限元分析方法分析了板材在单点数控渐进成形和D S I F策略下的应力分布和板材轮廓,证实了D S I F能够将变形稳定在工具头与板材接触的区域内,从而显著提高板材的成形质量,相比于单点渐进成形能够在一定程度上减小板材的非理想变形,但在未受支撑作用的区域依然发生弯曲变形,而M a lＧh o t r a也未给出具体解决方案;E s s a等[１１]研究了单点渐进成形中背板对成形件成形质量的影响,得出了背板的使用能够减小成形部位附近区域弯曲变形的结论,但也没有在D S I F中对背板的有效性进行研究;朱虎等[１２]对形状复杂的双凸特征板材件的成形方法进行了研究,提出二次装夹单面挤压和一次装夹双面挤压两种成形策略,对双凸特征的成形采用单侧多次分步成形的方式,并使用实体支撑对板材进行装夹,但成形过程中需要进行坐标变换和成形装置的拆卸重装等,过程繁琐,极易产生二次装夹定位误差,且支撑的加工制造耗时耗材,成形方式灵活性明显不足.本文在双面数控渐进成形中引入背板,研究了基于背板的D S I F策略对板材成形件成形质量的影响,对双面数控渐进成形中背板的生成方法和背板的有效性进行了探讨.２㊀基于背板的双面数控渐进成形策略目前在双面数控渐进成形过程中,板材的夹持大都使用压板(压边圈),即仅对板材四周进行夹紧,这种夹持方式使得板材在夹紧部位与成形部位之间的区域处于悬空状态(如图２),该悬空区域受成形力的影响会产生非理想变形,导致板材件精度降低㊁表面质量下降.１９计算机集成制造系统第２５卷为了减小D S I F 中板材因未被夹紧产生悬空引起的成形件非理想变形,采用如图３所示的基于背板的D S I F 策略,在成形件存在凸起特征的一侧用背板进行支撑,以避免或减缓成形过程中产生悬空部位带来的不良影响.作为辅助成形元件的一种,背板的功能相当于支撑,其既能提高成形的灵活性㊁省时省材,又能在一定程度上抑制板材的非理想变形.D S I F 具有双面挤压的优越性,板材的两侧表面同时受来自工具头的接触挤压作用,能够避免单点渐进成形中成形件在工具头接触表面成形质量较好而未接触表面质量较差的问题.D S I F 中板材件的两侧表面均受到工具头的挤压,板材件几何精度较高,表面质量较好[１０,１３].对于如图４所示的同向多凸特征板材件,受特征成形顺序先后问题以及成形件特征间板材自由状态悬空部位存在的影响,可能因使板材变形效应叠加导致极大的成形误差.为了在一定程度上消除成形特征间相互作用产生的不良影响,本文提出了基于背板的D S I F 策略,即在成形过程中对板材非夹持区域(非成形特征区域)进行夹紧固定或支撑,达到维持成形特征变形区和非成形特征变形区的原始形状或理想形状的目的.背板发挥作用的关键是根据待成形件的特征,合理设计出与板材件相匹配的㊁具有预留成形特征空间的背板特征模型.背板的形状尺寸主要由待成形板材件的形状和成形工具头的大小决定,同时也要兼顾成形所用设备板材夹持装置的形状及尺寸等.考虑到在D S I F 过程中,板材件成形特征的存在以及为避免两成形工具头与板材特征间产生的干涉,背板的生成需要留出足够的空间以便工具头运动.图５a 所示为凸起特征均在板材下侧的同向多凸特征板材件,仅在凸起侧设置背板而在无凸起侧使用压板.凸起侧的背板在凸起特征区域边缘留出工具头移动的空间余量,余量大小根据工具头大小和安全距离而定.而对于图５b 所示的板材两侧存在异向凸起的双凸特征板材件,需要在板材两侧均设置背板.由于主副工具头与板材接触的位置区域不同,预留给两工具头运动的空间余量也不相同,如图５b 所示,双凸特征板材的上下背板形状尺寸不完全相同.３㊀背板计算机辅助设计模型自动生成算法本文提出由待成形件的S T L (S T E R E Ol i t h o gＧr a p h y)模型自动生成背板计算机辅助设计(C o m Ｇp u t e rA i d e dD e s i g n ,C A D )模型的算法.首先通过特征识别板材件模型类型提取模型特征轮廓,将模型特征轮廓进行外扩处理;然后将背板内部特征轮廓及其外扩的轮廓进行点环合并处理,并进行背板表面的三角网格化;最后生成背板特征上㊁下面及背板四周竖直面,并将所有面合并,生成背板的完整C A D 模型.生成背板模型的具体算法流程如下:(１)待成形件模型特征提取首先提取板材件S T L 模型成形特征上表面,然２９第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法后将上表面按层间距为Δz的距离,以平行于X O Y 平面的一系列水平面进行切割得到等高线轨迹,并把等高线轨迹线段进行排序,得到有序的封闭线环,根据封闭环数量和位置判断成形特征的类别.其中,若封闭环为单层单环,且封闭环位于板料上表面或下表面的一侧(其中板料上表面上点的Z坐标为z_x y m a x,下表面上点的Z坐标为z_x y m i n),则为单凸特征板材件;若封闭环存在单层多环,封闭环均位于板材的一侧且环间位置关系为不相包含,则为同向多凸特征板材件;若封闭环存在单层多环,封闭环位于板材的两侧或封闭环位于板材一侧且环间位置存在相互包含关系,则为双凸特征(异向凸起)板材件.特征类型识别算法流程如图６所示.板材件成形特征边缘轮廓是生成背板模型的主要形状基础.若板材件为同向多凸特征,则仅生成凸起侧边缘轮廓(如图７a)对应的背板;若板材件为双凸特征,则生成板材件上表面和下表面的特征边缘轮廓(如图７b)对应的背板.待成形特征边缘轮廓的提取根据待成形特征区域三角面片的边连接到的三角面片的个数不同进行.为此,提取三角面片中仅与一个三角面片连接的边,由此组成特征的边缘轮廓线段即单边线段,并对所有单边线段进行排序,进而形成有序封闭的单边环,即特征边缘轮廓.(２)模型特征轮廓的外扩处理为使挤压工具头在成形时不与背板产生干涉碰撞,需要对模型特征边缘轮廓进行外扩处理.即将模型特征边环向外偏置R＋d g a p m m,其中R为工具头半径,d g a p为余量(２m m＜d g a p＜３m m).特征边环的外扩偏置采用顶点偏置的方法,其中顶点偏置向量取共享该顶点的两线段的垂直向量的平均值.模型轮廓边缘线段排序方式为顺时针方向,因此线段排序方向向量及线段端点的偏置方向可由图８所示的方式确定.线段P i－１,o r i g i n P i,o r i g i n的方向向量为a,其垂直向量有向内方向n i,２和向外方向n i,１两个.其中,若a x和a y均不为零,则线段的垂直向量可由与线段方向向量的垂直关系得到,即n i x/ n i y＝a y/a x.设n i,１y＝１,则n i,１x＝－a y/a x;设n i,２y＝－１,则n i,２x＝a y/a x,将所得向量进行单位化.外偏置方向根据轮廓线段向量与垂直向量的向量积的z 坐标值大小判别,即向量积n i,１ˑa和n i,２ˑa的z 坐标值.若向量积的z坐标值小于零,则可确定为外扩方向向量.另外,当线段与X轴或Y轴垂直时,即若a x＝０且a y＞０,则n i,１＝(－１,０,０);若a x ＝０且a y＜０,则n i,１＝(１,０,０);若a y＝０且a x＞０,则n i,１＝(０,１,０);若a y＝０且a x＜０,则n i,１＝(０,－１,０).图８中,n i,１和n i,３为所求边环线段端点P i,o f f s e t的外偏置向量.特征轮廓边环上线段外偏置向量的确定流程如图９所示.(３)背板S T L模型生成背板模型的生成首先需要构造背板边缘轮廓点,用于背板四周竖直面生成和背板上下平面区域３９计算机集成制造系统第２５卷的三角网格化生成.将拟生成的背板设定为正方形,若背板的边长为l ,则背板边缘轮廓点的坐标采用式(１)计算:P x ＝(２l /２)ˑco s θP y ＝(２l /２)ˑsi n θ{,０ɤθɤ２π.(１)式中:P x 为所构造点的x 坐标值,P y 为所构造点的y 坐标值,θ为所构造边缘轮廓点和原点连线与X 轴正向坐标轴间的夹角.若P x ＞l /２,则P x ＝l /２;若P x ＜－l /２,则P x ＝－l /２;若P y ＞l /２,则P y ＝l /２;若P y ＜－l /２,则P y ＝－l /２,如图１０所示.由此,将根据式(１)生成的圆形背板边缘轮廓点设定为正方形.背板特征上㊁下面的生成过程为:先将背板边缘轮廓点所围的内部区域进行三角网格化[１４],再删除待成形特征所在区域三角面片,然后合并删除三角面片后的网格面的内部单边环和背板内部特征轮廓点环,再对第二次或第三次合并后的点环区域进行三角网格化.其中删除成形特征所在位置的三角面片需要进行扩大删除处理,将删除范围进行扩展,否则网格化区域的合并点环内部区域过于狭窄,生成的三角面片过于狭长.将生成的背板下平面向Z 轴正向平移所需背板厚度的距离,并将所生成的三角面片法向量取反,生成背板特征上平面.背板特征上㊁下平面生成流程如图１１所示.背板成形特征内轮廓面和背板边缘竖直面的生成方法采用文献[１５]的方法.４㊀算法应用实例在W i n d o w s ７环境下,利用V C＋＋和O pe n ＧG L 实现了上述算法的软件系统,并以图１２所示的板材件模型为例,给出了所提出算法的应用实例.图１３a 所示为提取出的图１２所示板材件模型的成形特征,图１３b 所示为提取出的成形特征的边缘单边环和生成的背板内轮廓的偏置点以及背板边４９第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法缘轮廓点.偏置距离㊁所需背板的尺寸及厚度可由用户通过对话框手动输入.图１４所示为背板边缘轮廓点环三角网格化后生成的背板初始平面.图１５a 所示为背板边缘轮廓点环网格化后,将板材成形特征区域按扩大化并删除三角面片的效果,即在背板内轮廓偏置点内部不含三角面片,图１５b 所示为剔除区域边界的网格化填补,此填补使得背板具有规则的内轮廓形状边缘.图１６a 所示为将两次网格化后面片合并处理生成的背板平面的网格模型,图１６b 所示为背板成形特征区域内轮廓面的生成.图１７a 所示为将背板的所有生成面进行合并后得到的背板的S T L 三角网格模型,图１７b 所示为生成的下背板与待成形板材件的装配体.图１８a 所示为不规则截头锥体板材件的背板生成实例,图１８b 所示为同向多凸特征板材件的背板５９计算机集成制造系统第２５卷生成实例.对于生成的背板模型,可导出为S T L 格式文件,用于背板的实际成形加工.５㊀有限元分析为验证所提出的基于背板的双面成形方案对板材件成形质量的影响,以同向多凸特征板材件为例,利用有限元分析软件A N S Y S /L S ＧD Y N A进行数值模拟分析,比较采用背板的双面成形和不采用背板的双面成形数值模拟成形件的轮廓精度,及其相对于设计模型的轮廓偏差.有限元分析模型(分析方案)如图１９所示,图１９a 为采用 压板＋压板 压紧的同向多凸特征板材件第一种双面成形方式,图１９b 为采用压板＋背板 压紧的同向多凸特征板材件第二种双面成形方式.有限元分析环节中,需要将所生成的背板S T L模型导入有限元分析软件中.但由于有限元分析软件不能直接导入S T L 格式文件,需要将生成的背板模型特征轮廓(如图２０a )以数据点D A T (或T X T )的文件格式(如图２０b )导出,并导入U G 中进行模型重构(如图２１a 和图２１b ),生成I G S 文件格式(或X _T 文件格式)等有限元分析软件可导入的文件格式.６９第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法单元类型选择方面,背板(或压板)及工具头单元类型选择S O L I D １６４八节点三维显示单元;板料单元类型选择S H E L L １６３四节点显式结构壳单元,壳单元算法选择B e l y s t c h k o ＧW o n g 算法,实常数剪切因子 S h e a r F a c t o r 设为５/６,积分点数 N o ．o f i n t e gr a t i o n pt s 取值为５,板料厚度 T h i c k n e s s a t n o d e １ 根据待成形件厚度选择为１.板材选用厚度为１m m 的１０６０铝板,成形工具头选用半径为５m m 的C r １２M o １V １冷做磨具钢,压板和背板选用G C r １５的轴承钢,各成形零部件的材料力学性能参数如表１所示.表１㊀材料力学性能参数材料密度/(k gm －３)弹性模量/G p a 泊松比屈服应力/M p a 切线模量/G pa 硬化系数板材２７００５５ ９４０ ３２４１５３ ６２ ９０ １９７７５工具头７８５０２１４０ ２８６ 压板/背板７８１０２１９０ ３００网格划分方面,采用映射法划分网格,将板料和工具头(以球形替代)的网格大小设为１ ５m m ,背板和压板设为５m m .接触定义方面,两工具头与板料的接触类型选择 N o d e s t o S u r f a c e － A u t o m a t i c(A N T S ) ,静摩擦因数 S t a t i cF r i c t i o nC o e f f i c i e n t值设为０ １,动摩擦因数 D yn a m i cF r i c t i o nC o e f f i c i e n t 值设为０ ０５;背板(或压板)与板料的接触选择 S u r Ｇf a c e t oS u r f － A u t o m a t i c (A S T S ) ,静摩擦因数 S t a t i cF r i c t i o nC o e f f i c i e n t 值设为０ ５,动摩擦因数 D yn a m i c F r i c t i o nC o e f f i c i e n t 值设为０.约束定义方面,约束背板(或压板)以及板料四周边缘的旋转和平移共６个自由度,约束工具头的３个旋转自由度,D i s pl a c e m e n t v a l u e 值设为０.图２２a 所示为同向多凸特特征板材件网格划分后的有限元分析模型上面,图２２b 所示为有限元分析模型下面.有限元分析中,D S I F 两工具头轨迹的导入,通过加载主副两工具头在X ,Y ,Z ３个平面内包括X U p ,Y U p ,Z U p ,X D o w n ,Y D o w n ,Z D o w n ６个离散运动路径的T X T 文件实现.同时,需要以T X T 文档形式设定一个虚拟时间参数,将三维运动分解为关于时间参数的３个平面运动,随离散运动路径导入A N S Y S 中进行求解分析.图２３所示为在A N S Y S 的轨迹加载曲线绘制功能模块中,绘制的同向多凸特征板材件１m m 层间距时成形轨迹加载曲线.７９计算机集成制造系统第２５卷利用有限元分析后处理软件L SＧP r e P o s t,绘制板材件仿真模型的厚度云图,分析板材件各部位厚度分布情况,有限元分析结果文件的后处理显示如图２４所示.采用０ ３m m层间距生成的成形轨迹进行有限元数值模拟,数值模拟分析后通过后处理软件导出数字模拟模型的轮廓节点坐标,与理论设计轮廓进行比较,分析各成形方案的合理性.图２５所示为同向多凸特征板材件双面渐进成形数值模拟厚度分布云图,其中图２５a为不使用背板,仅采用压板压紧策略(策略Ⅰ)的数值模拟厚度分布云图,图２５b为使用背板策略(策略Ⅱ)的数值模拟厚度分布云图.提取设计模型在X＝Y截面上的设计轮廓节点坐标,将其与由有限元分析得到的数值模拟模型在X＝Y截面的轮廓节点坐标进行对比,在E x c e l中绘制如图２６所示的截面轮廓曲线图.８９第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法由轮廓曲线图分析可知:同向多凸特征板材件成形中,策略Ⅰ的成形特征区域轮廓Z 向最大偏差为－２ ２６２１mm ,策略Ⅱ的成形特征区域轮廓Z 向最大偏差为０ ７９４２mm .在非成形特征区域,策略Ⅰ中两成形特征间板材非成形区域的变形量更大,对两特征的形状轮廓精度影响也更大,该位置的轮廓Z 向最大偏差为－２ ２４３１mm .策略Ⅱ的成形件轮廓整体偏差低于策略Ⅰ,证明背板的使用可以提高成形件的轮廓精度.各成形部位的轮廓Z 向偏差如图２７所示.由板材件模型的厚度分布云图可知:成形件厚度方面,同向多凸特征数值模拟成形件在使用背板时最小厚度为０ ４９９９m m ,未使用背板时最小厚度为０ ５３７９m m .双面渐进成形的两种策略中,使用背板策略所得数值模拟成形件最小厚度比未使用背板成形所得数值模拟成形件最小厚度小,原因在于未使用背板成形的成形件,在两成形特征相邻区域和特征与压板夹紧区域间部位,由于无背板的支撑压紧,板材的非理想位移变形减缓了板材减薄变形,使板材厚度减薄量相对减小,但相应的形状误差增大;而使用背板策略的成形板材件在同一Z 向高度位置减薄较均匀,数值模拟成形轮廓更接近设计模型轮廓.同向多凸特征板材件的D S I F 有限元分析结果表明,在特征凸起侧采用背板,能够在一定程度上避免板材成形过程中的非理想变形,进而提高板材件的轮廓尺寸精度.６㊀成形实验为进一步验证压板辅助成形策略和背板辅助成形策略的有效性及其差异,以同向多凸特征板材件模型为实验对象进行实际成形实验,比较分析了不同成形策略下实际成形件的轮廓尺寸精度.同向多凸特征板材件的两种成形策略如图２８所示,其中图２８a 为不使用背板的成形方法,图２８b 为使用背板的成形方法.成形实验采用F ５００m m /m i n 的进给速度,以直径６m m 的半球形工具头为成形工具,采用０ ６m m 厚１０６０铝板为实验板料,成形轨迹的层间距为０ ２m m ,以机油为润滑油,在图２９所示的卧式D S I F 机上进行成形实验,成形加工过程如图３０所示.９９计算机集成制造系统第２５卷成形加工所得实际板材件如图３１和图３２所示,其中图３１为未使用背板的压板策略下实际成形的同向多凸特征板材件,图３２为使用背板策略下的实际成形的同向多凸特征板材件.图３３所示为使用三坐标测量仪对实验件模型轮廓进行的测量过程,根据所测得的X ＝Y截面轮廓数据和设计模型X ＝Y 截面轮廓数据在E x c e l 中绘制截面轮廓曲线,以此对成形件轮廓与设计模型轮廓进行比较.图３４所示为同向多凸特征板材件不采用背板策略和采用背板策略两种成形方式下的实际成形件与设计模型X ＝Y 截面轮廓对比.由截面轮廓曲线对比图可知,在非成形特征区域,采用背板的实验件轮廓曲线相比于不采用背板更贴近设计轮廓曲线,说明实际成形过程中背板对非成形区域的非理想变形起到了抑制作用,达到了背板辅助策略的目的.而在成形特征区域,采用背板的实验件轮廓和不采用背板的实验件轮廓曲线较为接近,都能很好地贴合设计模型轮廓.但由于卸载后反弹作用的影响,两种策略下实际成形件都与设计件产生了一定偏差,且采用背板策略相比于不采用背板策略偏差稍大.对不采用背板的压板策略和采用背板策略的成形件在X ＝Y 截面轮廓和设计模型X ＝Y 截面轮廓进行对比,得到图３５所示的截面轮廓Z 向偏差.由图３５可知,在非成形区域,即X ＝Y 坐标约在小００１第１期朱㊀虎等:基于背板的双面数控渐进成形方法于８０m m大于１９０m m以及１２７m m~１４３m m之间的位置,采用背板的Z向偏差最大为０ １３４２m m,而不采用背板的Z向最大偏差为１ ０４１８m m,采用背板的策略使该成形区域的Z向最大偏差减小了８７ １２％.而在成形区域,由于不采用背板时参与变形的区域面积相比于采用背板时大,使得卸载后反弹作用区域较大,导致采用背板较比不采用背板成形区域的模型轮廓偏离大.不采用背板的成形特征区域Z向最大偏差为１ ８４６６m m,而采用背板的成形特征区域Z向最大偏差为２ ３１０１m m.成形实验表明,采用背板辅助成形的策略对板材件非成形区域的非理想变形起一定抑制作用,对于非成形区域形状要求较高的板材件的成形加工,有必要采用背板辅助成形.但上述实验研究同样表明,在板材件的实际成形过程中,受卸载后反弹作用力及其作用区域大小的影响,背板辅助成形策略的反弹变形更大,会对板材件成形特征的轮廓精度产生一定影响,但该成形特征区域的变形问题引起的轮廓精度降低问题相对于板材非成形特征区域的精度提高是不能相提并论的,且该反弹引起的变形问题可由反弹补偿等补偿策略进行修正,而非成形特征区的轮廓精度和成形质量的提高只能通过背板或支撑策略在成形过程中加以修正.７㊀结束语本文基于V C＋＋㊁O p e n G L开发了对给定板材件模型,能够自动生成成形所需相应背板的软件系统,并对背板在双面数控渐进成形中的有效性进行数值模拟和实际成形实验研究.数值模拟和实验结果均表明,背板对D S I F板材件的成形质量和精度具有一定的影响,非成形区域板材的不稳定状态会导致板材发生非理想形状变形,从而影响板材件的轮廓尺寸精度,而背板的使用能够在一定程度上消除板材的不稳定状态,从而提高板材件的成形质量.本文作为提高D S I F质量的研究,对于D S I F的应用与推广具有重要意义.未来有必要从背板与待成形件特征间的形状尺寸关系,以及背板辅助成形策略的反弹补偿方面进行深入研究.参考文献:[１]㊀M OJ i a n h u a,HA N F e i．S t a t eo f t h ea r t sa n d l a t e s t r e s e a r c ho n i n c r e m e n t a l s h e e tN Cf o r m 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,２００８,１９(４):４９１Ｇ４９７(i nC h i n e s e)．[莫健华,韩㊀飞．金属板材数字化渐进成形技术研究现状[J]．中国机械工程,２００８,１９(４):４９１Ｇ４９７．][２]㊀AM B R O G I O G,C O Z Z A V,F I L I C E L．A na n a l y t i c a lm o d e lf o r i m p r o v i ng p r e c i s i o n i n s 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[J]．J o u r n a l o 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,２００７,１９１(１/２/３):９２Ｇ９５．[３]㊀Z HU H u,J I N GX u e y o n g,Y A N GX i a o g u a n g．T o o l p a t h g e nＧe r a t i o nf o r i n t eg r a t e d p r o c e s s o fC N C i n c r e m e n t a l f o r m i n g a n dl a s e rc u t t i n g f o rs h e e t m e t a l p a r t[J]．C o m p u t e rI n t e g r a t e dM a n u f a c t u r i n g S y s t e m s,２０１６,２２(９):２１４５Ｇ２１５２(i nC h i n e s e)．[朱㊀虎,井学勇,杨晓光．数控渐进成形与激光切割集成的板材件加工轨迹生成[J]．计算机集成制造系统,２０１６,２２(９):２１４５Ｇ２１５２．][４]㊀J E S W I E TJ,M I C A R IF,H I R T G,e t a l．A s y m m e t r i c s i n g l ep o i n t i n c r e m e n t a l f o r m i n g o fs h e e t m e t a l[J]．C I R P A n n a l sＧM a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２００５,５４(２):８８Ｇ１１４．[５]㊀L I N G AM R,P R A K A S H O,B E L K J H,e ta l．A u t o m a t i cf e a t u r e r e c og n i t i o n a n d t o o l p a th s t r a t e gi e s f o r e n h a n c i n g a c c uＧ１０１。
板料直壁零件数控渐进成形
板料直壁零件数控渐进成形
周六如;周银美
【期刊名称】《塑性工程学报》
【年(卷),期】2009(16)3
【摘要】板料直壁零件成形是渐进成形的难点之一。
为了成形直壁零件,一般采用多次成形的方法。
文章对直壁零件多次成形法从理论上进行了分析,并且通过实验,验证了这种方法的正确性。
【总页数】3页(P45-47)
【关键词】渐进成形;板料成形;柔性加工
【作者】周六如;周银美
【作者单位】南昌大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG381
【相关文献】
1.板料数控渐进成形工具转速对材料成形性及表面质量的影响研究 [J], 徐栋恺;陈军
2.金属板料数控渐进成形机床设计研究 [J], 邵玺
3.金属直壁简形件数控渐进成形工艺研究 [J], 周六如;肖祥芷;莫健华
4.铝合金板料数控渐进成形技术试验研究 [J], 王功凯
5.板料零件数控渐进成形工艺研究 [J], 周六如;莫健华;肖祥芷
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基于渐进成形数控技术的方形盒成形工艺
基于渐进成形数控技术的方形盒成形工艺传统的板料零件通常通过模具的凸、凹模作用获得所需形状。
因为制造模具的成本很高，这种制造方法仅仅适合于大批量生产。
为了满足用户产品多样化的要求，需要开发适合于小批量产品生产的新工艺。
应用简单工具的板料数控渐进成形工艺的研究日益受到极大的关注。
板料数控渐进成形工艺是一种柔性的成形工艺，根据板料零件的成形要求设计数控程序，通过数控机床的进给系统，成形工具按照一定的轨迹逐步地成形板料，从而得到所需零件。
这种成形工艺不需要专用的模具，通过修改控制产品形状的数控程序来调节成形工具的成形轨迹。
因此，成形周期短、产品变化快，非常适合于小批量、多品种和复杂的板料产品。
在板料零件数控渐进成形工艺中，由于成形工具球头半径远远小于板料的面积尺寸，所以板料每次产生的变形仅仅发生在成形工具球头的周围，成形工具使板料产生变薄拉深变形，导致板料厚度减薄，表面面积增大，板料靠逐次的变形累积产生整体的变形。
变形区厚度变化符合正弦定律，即t=t0sinθ，θ为板料与垂线间的夹角。
当θ=0°时，变形区厚度为零，所以，数控渐进成形工艺不可能一次成形直壁零件。
而盒形零件不仅是直壁零件而且还有4个转角，容易出现破裂和堆积的现象，破裂一般发生在直边上，堆积一般发生在转角部。
因此，采用数控渐进成形方法，不仅要解决直壁成形问题，还要解决转角处金属堆积的问题。
本文介绍了金属板料数控渐进成形工艺的成形原理、变形分析及直壁方形盒成形的工艺规划、实验和主要工艺参数的影响。
1 金属板料数控渐进成形原理图1是金属板料数控渐进成形原理图。
首先，将被加工板料放在支撑模型上，在板料四周用压板在托板上夹紧板料，托板可以沿着导柱自由上下滑动。
然后将该装置固定在三轴联动的数控无模成形机上。
加工时，成形工具对板料压下设定的压下量，并且沿设计的工具路径移动。
在板料成形过程中，计算机控制成形工具在X方向的移动和z方向的下降运动。
图1数控渐进成形原理图在高度相同的每一层中，成形工具在Z—Y平面作轮廓线运动。
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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雕塑与科技的融合数字化技术在雕塑创作中的应用
雕塑与科技的融合数字化技术在雕塑创作中的应用数字化技术在雕塑创作中的应用近年来，随着科技的飞速发展，数字化技术逐渐渗透到了各个艺术领域，包括雕塑。
数字化技术的应用为传统雕塑带来了全新的可能性和挑战，同时也为艺术家提供了更多发挥创意的空间。
本文将探讨数字化技术在雕塑创作中的应用，并探索数字化技术与雕塑的融合。
一、虚拟雕塑模型传统的雕塑创作需要通过实体材料进行塑造，但这种方式受到材料成本、工艺复杂性和制作周期的限制。
而数字化技术可以通过虚拟雕塑模型来解决这些问题。
艺术家可以使用计算机软件进行雕塑模型的设计和编辑，通过虚拟展示雕塑作品的效果，方便艺术家进行创作调整。
虚拟模型不仅减少了对实体材料的需求，也为艺术家提供了更多的设计可能性。
二、数控雕刻技术数控雕刻技术是数字化技术在雕塑领域的典型应用之一。
艺术家可以将虚拟雕塑模型转化为数控刻板，通过计算机控制的刻刀来实现自动雕刻。
相比传统手工雕刻，数控雕刻具有速度快、精度高、效果可控的优点，可以大大提高雕塑的制作效率。
此外，数控雕刻机还可以实现一些传统雕塑难以实现的复杂结构和细节，为艺术家带来更广阔的创作空间。
三、激光雕刻技术激光雕刻技术是数字化技术在雕塑领域的另一种应用方式。
激光雕刻利用激光束的高能量聚焦，对材料表面进行蒸发剥离，从而实现图案的雕刻效果。
相比传统的机械刻划，激光雕刻具有非接触性、雕刻精度高和适用于多种材料等优势。
艺术家可以通过激光雕刻技术实现复杂的图案和纹理，为雕塑作品增添更多的细节和立体感。
四、3D打印技术3D打印技术是当今数字化技术中最具革命性的应用之一。
在雕塑领域，3D打印技术可以实现艺术家的创作想法的快速实现。
艺术家可以使用计算机软件设计雕塑模型，然后通过3D打印机将模型逐层打印出来。
3D打印技术不受材料限制，可以使用多种材料进行打印，如塑料、陶瓷甚至金属等，创造出各式各样的立体作品。
3D打印技术的推出，让艺术家能够更加自由地发挥其创作天赋和想象力。
金属板料数控渐进成形技术成形极限与回弹控制研究的开题报告
金属板料数控渐进成形技术成形极限与回弹控制研究的开题报告题目：金属板料数控渐进成形技术成形极限与回弹控制研究一、研究背景和意义数控渐进成形技术是一种先进的金属板料成形方法，它可以实现高精度、高效率的生产，并且可以减少对环境的影响。
然而，在实际应用中，金属板料在成形过程中会出现很多问题，其中两个重要问题是成形极限及其控制和回弹问题。
成形极限是指金属板料在渐进成形过程中能够达到的最大成形深度，过度的变形会导致金属的断裂。
回弹是指成形后的金属板料在脱模后出现的回弹变形，这会极大地影响制品的精度和准确性，因此必须加以控制。
因此，深入研究金属板料数控渐进成形技术的成形极限及其控制和回弹问题，对于推动该技术的发展具有重要的实际意义。
二、研究内容和方法1. 分析金属板料数控渐进成形技术的成形极限及其控制问题。
2. 研究金属板料在渐进成形中的回弹机制及控制方法。
3. 分析金属板料的物理力学性质和变形规律。
4. 结合数值模拟和实验测试方法，对金属板料数控渐进成形技术进行研究和探讨，以实现其高效、高精度和高质量的成形。
三、预期成果和意义1. 深入研究金属板料数控渐进成形技术的成形极限及其控制和回弹问题，为实现该技术的高效、高精度和高质量的成形提供理论支持。
2. 实现对金属板料在渐进成形中回弹问题的有效控制，提高制品的精度和准确性。
3. 推动金属板料数控渐进成形技术的发展，促进制造业的升级和进步，推动经济的快速发展。
四、研究计划和进度安排1. 第一年：开展文献调查和理论分析，了解金属板料数控渐进成形技术的前沿发展情况。
2. 第二年：针对成形极限问题和回弹问题，结合数值模拟和实验测试，开展基础研究，探讨金属板料数控渐进成形技术的相关机理及其控制方法。
3. 第三年：开展系统化的试验验证工作，对研究所得的相关理论进行验证，实现金属板料数控渐进成形技术的高效、高精度和高质量的成形。
五、论文结构第一章：绪论第二章：金属板料数控渐进成形技术的基础理论和性能分析第三章：金属板料数控渐进成形技术的成形极限及其控制第四章：金属板料数控渐进成形技术的回弹问题及其控制方法第五章：数值模拟和实验测试第六章：结果分析和讨论第七章：结论与展望六、参考文献[1] Chen Y, et al. Influence of process parameters on metal forming limit curves and formability of AA1050-O aluminum alloy sheet[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2013, 213(3): 529-540.[2] Sun Z, et al. Determination of metal forming limit curves usinga finite element model[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2015, 221: 139-146.[3] Zhu J, et al. Research progress of springback in sheet metal forming[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2016, 29(5): 845-856.[4] Gao Y, et al. Numerical analysis of the effect of tool path on springback in incremental sheet forming[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2016, 235: 124-132.[5] Han L, et al. Investigation of the thickness effect on springback in micro sheet metal forming by finite element simulation and experiment[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2014,214(2): 265-275.。
数控渐进成形技术航天应用前景分析
１数控渐进成 形机理
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基于数控渐进成形的大型雕塑拼块成形技术
板料数控渐进成形技术是目前国际上一种新兴的金属板料成形技术,该技术不需要专用模具,可以通过数控设备加工出成形极限较大,形状复杂的板材零件,适合于小批量、多品种和复杂的板料产品。
本文通过对金属板料数控渐进成形技术成形机理的研究,建立了数控渐进成形工件壁厚与减薄率的计算公式,全面分析了数控渐进成形加工过程中各种因素对成形过程的影响,提出了完整的优化这些因素的方法。
本文以数控渐进成形技术为基础,提出了基于数控渐进成形的大型雕塑拼块成形技术,确立了从三维雕塑CAD造型、雕塑模型缩放及分割、添加曲面片的工艺辅助面、渐进成形加工、修整毛料到最终组合成形的整个板料数控渐进成形雕塑产品制作技术路线。
针对雕塑模型的建立,研究了应用三维CAD软件设计和采用逆向工程重建CAD雕塑曲面模型的两种不同方法;并提出了雕塑模型曲面分割的原则,以及在CAD软件中建构工艺辅助面的详细方法。
同时对实际线切割加工操作中电极丝、穿丝孔的位置、线切割路线的选择及切割去除毛料的工艺技术细节展开了讨论。
对于各部分雕塑成形件的组合技术也展开了详细的研究,提供了一系列的可行技术方案。
作者以爱因斯坦的头像为实例进行了雕塑制作,验证了这一套基于数控渐进成形的雕塑制作技术的可行性和优越性,为此类雕塑产品的生产提供了可靠的范例。
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【关键词相关文档搜索】：材料加工工程; 数控技术; 渐进成形; 成形机理; 雕塑; CAD
【作者相关信息搜索】：南京航空航天大学;材料加工工程;张益华;陈兆英;。