多点模具成形技术

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(3)利用成形面可变的特点,可以实现板材的分段、分片成形, 在小设备上能成形大于设备成形面积数倍甚至数十倍的大尺寸零 件!
(4)通用性强,适用范围宽! 通常整体模具成形方法只适用于指定 厚度的板材,而这种成形方法可用于最大厚度与最小厚度之比达 到10 的各种材质板料!
多点成形技术的分类
1、整体一次成形 2、分段成形 3、反复成形 4、多次成形
• 主要缺陷:压痕,起皱
• 挠曲变形的大小取决于挠曲变形刚度,刚度大,则变形小;刚度 小,则变形大。某一基本体对板材所作的功,使板材产生局部压 入变形及挠曲变形。当接触点处挠曲变形刚度很大时,挠曲变形 需要的变形力很大,挠曲变形很难产生,这时,大部分外力功使 板材产生压入变形,表面将出现压痕;当接触点处挠曲变形刚度 较小时(如板材较薄的情况),挠曲变形需要的变形力比较小, 挠曲变形极易产生,这时,若约束条件不合理,则将出现包络式 压痕。可见,理想的多点成形要求板材在成形过程中应始终保持 适度的挠曲变形刚度。
弹性介质对多点成形质量的影响
• 弹性介质抑制压痕作用 • 弹性介质厚度对压痕的影响 • 弹性介质弹性模量对压痕的影响 • 弹性介质对成形精度的影响
弹性介质抑制压痕作用
• 产生压痕的原因
接触面积小,接触 的局产生塑性变 形。
弹性介质的作用, 受力状态趋于均 匀化。
改善工件的表面质 量。
弹性介质厚度对压痕的影响
4、模具可以重构
一、有重叠区的成形方法
二、过渡区变形协调的成形方法
剧烈 塑性变形和硬化
三、多道分段成形方法 应用实例:
路径优化
数字化渐进成形
多点成形模具的分类
半多点靠模成形法
多点成形压力机
• 多点成形压力机,按冲头基本体调形分有:逐点调形式和快速调 形式;按机架形式分有开式、三梁四柱式和框架式;按加工板材
变路径多点成形消除起皱
分段多点成形技术消除起皱
• 分段多点成形技术[.]一方面能实现小设备成形大 尺寸零件,另一方面则可以消除整体成形可能产生 的起皱问题。
• 在分段成形中,板材分成1 个区:已成形区、过渡 成形区及未成形区。这几个区域在变形过程中是相 互影响的,过渡区中成形面的几何形状对分段成形 效果具有决定性作用,过渡区设计是分段成形最关 键的技术问题。
• 将传统的整体模具离散化,变成形状可变的“柔性模 具”,则可用于任意形状的板材成形。这样将省去大量 的模具制造费用,又能解决单件、小批量零件的生产问 题,这种先进的金属板材成形技术就是板材多点成形技 术。
国内外现状
国内外现状
国内外现状
多点成形技术的特点
• 模具型面由离散的点构成,这些点的位置可调。 • 用离散点取代连续的模具型面,会带来局部形
多点成形模具讲座 韩志仁
讲座内容
➢ 多点成形技术的概念 ➢ 多点成形技术的背景及意义 ➢ 多点成形技术的特点 ➢ 多点成形技术的分类 ➢ 多点成形技术的模具 ➢ 多点成形技术的应用 ➢ 多点成形技术的关键技术与难点 ➢ 多点成形技术的数值模拟 ➢ 多点成形技术的质量评价
多点成形技术的概念
多点成形是将柔性成形技术和计算机技术 结合为一体的先进技术。它利用多点成形 装备的柔性与数字化制造特点,无需换模 就可完成板材不同曲面的成形,从而实现 无模、快速、低成本生产。该工艺目前已 在高速列车流线型车头制作、船舶外板成 形、建筑物内外饰板成形及医学工程等领 域,得到广泛应用。
钣金件数模 回弹 模具型面 多点模具型面
弹性垫厚 度及变形
多点模具针控制
实用化多点成形技术
2、分段成形技术
对于尺寸大于设备成形尺寸的零件,可以逐段、分片连 续成形,在这种成形方式中,板材分成若干个区:已成 形区、过渡成形区及未成形区。这几个区域在变形过程 中是相互影响的,过渡区中基本体群成形面的几何形状 对分段成形效果具有决 定性作用,过渡区的设 计是分段成形最关键的 技术问题。应用多点分 段成形技术已成形出零 件尺寸大于一次成形尺 寸数倍以上的样件,成
弹性介质弹性模量对压痕的影响
弹性介质对成形精度的影响
• 起皱产生于板 材塑性失稳, 当局部切向压 应力较大,而 板面又没有足 够约束时,由 于面外变形所 需能量小,板 材的变形路径 向面外分叉, 由面内变形转 为面外变形, 出现皱曲。
起皱问题
防皱的措施
起皱产生于板材成形过程中某些局部面内压应力过大,并且 工具对板材的面外变形又没有足够的约束。因此,增加对变形中 板材的约束,改变变形路径,使变形均匀化以及减小局部压应力 的措施都有抑制起皱的效果。改变板材变形路径在传统的整体模 具成形中是不可能的,但多点成形中是完全能够实现的。利用多 点成形的成形面可变的特点,以下两种多点成形方式对消除起皱 是比较有效的:
多点成形技术的模具
• 模具的构成 • 模具的控制 • 模具型面的确定 • 模具型面的光顺
模具的构成、控制、型面确定、光顺
实用化多点成形技术
1、无缺陷成形的弹性垫技术。
由于多点成形时工具与工件为点 接触,在基本体与板材的接触 点附近小区域内容易产生压痕。 这些压痕产生于接触压力的高 度集中,塑性变形过于局部化。 通过对压痕产生机理的研究及 数值模拟分析,开发了弹性垫 技术。弹性垫可以增大基本体 与板材的接触面积,均匀分散 接触压力,非常有效地抑制了 压痕缺陷。
状的误差,可以用加弹性垫的方法进行弥补。
• 多点成形模具具有柔性特点,根据不同零件的 需要进行调整,以便适应不同零件的需要。
• 采用具有柔性的多点模具,可以省去模具费用。 • 缩短生产准备时间。 • 适合单件、小批量钣金件的生产。 • 避免了手工方法中成形质量差、生产效率低、
劳动强度大的不足。
多点成形方法的优点
• 一种简单、有效的方法是基于几何的过渡区设计方 法,其基本思想是使处于过渡区变形的板材的曲率 从已变形区到未变形区之间的均匀变化。这时板材 上将不会因某些局部过度变形而产生缺陷,变形区 间的衔接也会平滑。
质量评价
影响成形性的因素
结束
(1)无需另外配置模具,因此不存在模具设计、制造及调试费用 的问题与整体模具成形方法相比节省了大量的资金与时间;更重 要的是过去因模具造价太高而不得不采用手工成形的单件、小批 零件,采用此技术可完全实现规范的自动成形,无疑,这将大大 提高成形质量。
(2)用于成形板材的基本体群成形面形状,可通过对各基本体运 动的实时控制自由地构造出来,甚至在板材成形过程中都可随时 进行调整! 因而,这种成形方法的板材成形路径是可选择的,而 这是整体模具成形无法实现的功能!
(3)采用多点压机成形方式,在成形过程中调整基本 体位置,改变板材的变形路径,使所有的基本体在 成形过程中始终与板材接触,分散接触压力,使各 部分尽量均匀地变形,也是抑制压痕的有效办法。
• 采用多道 成形方法, 能够明显 地抑制成 形Байду номын сангаас陷, 提高材料 的成形极 限。
成形力对工件质量的影响
• 整体模具成形时,一般只有成形力不足、回弹比较大的 现象,而没有成形力过大的现象。因为在设备允许的前 提下,成形最后只是模具压靠为止,不会对工件质量产 生影响。而多点成形则不同,尤其对材质比较软的板料 而言,如08AL钢板和L2Y2铝板等。成形过程中,成形力 精确一些较好。当成形力较小时,成形不足,回弹也比 较大;而成形力过大时,虽然回弹很小,但易于在板料 表面产生压痕等缺陷,造成曲率分布不均匀。这是由于 基本体球头部分对板料局部压力过大的缘故。因此,多 点成形与整体模具成形不同,它对成形力的要求较严格。
1)采用变路径多点成形方式。这种成形方式通过在成形过程中控 制基本体位置,调整板材的约束状态,改变板材的变形路径,使 各部分在成形过程中保持变形均匀或者最大限度地减小不均匀程 度,从而避免产生起皱缺陷。
2)采用分段多点成形技术。利用多点成形的基本体群成形面可变 的特点,将零件逐段、分区域逐次连续成形。这种成形方式在每 一区域的每次成形中,可将板材的变形量控制在比较小的范围内, 通过过渡区成形面的设计,使板材与基本体充分接触,提供足够 的变形约束,使变形均匀化,从而消除起皱现象。
无限长。新近又开发了宽台面3150kN快速调形式多点成形压力
机(一次成形尺寸1000mm×720mm)。
③YAM系列薄板用多点成形压力机。是一类具有柔性压边功能的多点成形压力 机,机架采用三梁四柱式结构,工作油缸偏心布置,冲头基本体横截面尺寸小, 由机械手进行调形,在上下基本体群的四周布置有40个压边液压缸,实现柔性 压边。以YAM3型为例,其基本参数:公称力630kN、上下冲头(上下各有 1280个冲头基本体)群采用40×32布置、一次成形尺寸320mm×400mm (分段成形时,宽度尺寸可为一次成形的2.5倍,长度尺寸无限制)。该机特 别适合薄板的曲面成形。该系列压力机已开发有YAM1 、YAM3 、YAM5 、
分有厚板和薄板之分。目前,有代表性的产品如下:
①2000kN逐点调形式多点成形压力机。采用开式机架,机械手 调形,上下冲头基本群体采用28×20布置方式。公称力2000kN, 一次成形尺寸840mm×600mm。该机是世界上首台商品化多点 成形压力机。机器主要用于高速列车流线型车头覆盖件的加工。
②200kN快速调形式多点成形压力机。机架为三梁四柱式结构, 冲头群(采用16×12布置方式)相对液压机偏心布置。压机公称 力200kN,一次成形尺寸416mm×312mm;采用分段成形时, 宽度尺寸可为一次成形的两倍,长度方向只要不与机架干涉,可
图1
原理:
多点成形是金属板材三维曲面成形方法。其核心原理是将传统 的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体(或称冲 头),在整体模具成形中,板材由模具曲面来成形,而多点成形 中则由基本体冲头的包络面.
各基本体的行程可独立地调节,改变各基本体的位置就改变了 成形曲面,也就相当于重新构造了成形模具。
抑制压痕的几种工艺方法:
(1)采用大曲率半径的冲头。这种方法增大接触面积, 降低接触压强,对减轻压痕比较有效。但有时受所 成形零件形状的限制,如对于大曲率的零件,用大 半径的冲头是无法成形的。
(2)在冲头与板材之间使用弹性垫。这种方法分散了 接触压力,避免了冲头的集中力直接作用于板材, 对于抑制表面压痕特别有效。目前使用的弹性垫有 普通橡胶与聚胺脂橡胶垫、由弹性钢条编织的弹性 垫以及聚胺脂橡胶帽等。
最基本的多点成形系统由三大部分组成,即
软件系统、计算机控制系统及多点成形主机。
多点模成形产生的背景和意义
• 由于模具费用昂贵,大尺寸(如巨型天线、开发阶段列 车的机头覆盖件、船上的大型钣金件等)、小批量、多 品种的零件只能采用手工成形方法,如在造船行业,每 一块船体外板形状都各不相同,并且都非批量生产。我 国第一台国产准高速列车的流线形车头外壳采用的也是 手工操作的对击锤成形方法。手工成形方法成形质量差、 生产效率低,而且劳动强度极大。对飞机行业也存在这 个问题。
形出的扭曲面扭曲角超 过400°。
分段多点成形技术
应用于大型和超大型钣 金件成形(汽车、造船 等)。解决设备尺寸和 批量的限制。例如高速 火车的流线型车头外壳、 巨型天线、潜艇外壳、 大型建筑装饰件等
多点分段成形的特点:
1、可以采用小型设备成形大型钣金件; 2、工件受力和变形比整体成形复杂; 3、多点成形模具的柔性特点可以减小模具成本,缩短生产准备 时间;
• 影响挠曲变形刚度的主要因素是板材材质、板材厚度以及板材成 形时的约束条件等。较厚、较软的板材,因其挠曲变形刚度大, 材料的屈服应力低,较容易产生表面压痕。在多点成形中板材约 束条件是由基本体的位置及排列方式来决定的,因而,可以通过 控制各基本体的位置,在成形过程中改变板材约束条件,从而改 变板材的挠曲变形刚度。
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