杆系柔性成形模具及其板成形加工关键技术下测量工具

杆系柔性成形模具及其板成形加工关键技术(下)

杆系柔性成形模具及其板成形加工关键技术(下) 2011： 4．2 降低成形板的回弹量

在成形过程中，减小板回弹量的途径有以下3种方法： （1）应用有限元计算方法模拟板的成形过程，预测板的回弹量，或通过试加工，测量出已成形板的局部回弹量。根据预测或测量的回弹量预处理板件的三维曲面形状，对产生回弹的曲面，增大或减少其局部曲率半径，相应地调整模具复杆中限位块的位置，补偿弯曲成形板局部的回弹量。 （2）在板料弯曲成形过程中，在易产生回弹的部分设置较大的表面压力用以改变板的内应力状态，使弯曲成形板的内表面的压应力与外表面的拉应力差值减少，从而减小回弹量[1] 。

图9a表示板料在上下模间基本成形后，上下模对板施加较大的表面压力，可以减小弯曲板料内表面与外表面间的应力值之差。图9b中A与B分别表示弯曲板料变形区内表面与外表面上两点的应力状况，由于弯曲变形是塑性变形，所以A与B两点都处在屈服椭圆上。这时A点的切向应力为压应力出点的切向应力为拉应力，不同性质的切向应力形成较大的弯矩。当上下模对板施加较大的表面压力时，会使径向压力增大J与B两点会按箭头所示方向移动，向C点靠近。这样由于A点与B点上切向应力的差值减小，会使弯矩变小。当表面压力足够大时，可使A点与B点于C处会合，这时弯矩达到最小，当弯矩为零时，就不存在弯曲变形区的回弹现象。 用整体成形模加工板料时，通常是对整个成形板面施加较大的表面压力（定形力），这可能会使板的厚度产生变化，并且在斜率较大的斜坡面与平面处由定形力产生的压应力不同。这时施加较大的表面压力会使板件的整体内部应力增大，并且内应力不均匀，从而会导致板件的整体变形。而杆系柔性成形模由若干个离散杆构成，在板成形时微调局部的几个杆，在指定的局部可以产生较大的表面压力，从而可以减少局部变形区的回弹量，而不影响板件的整体形状。如图9所示，通过局部施加较大表面压力改变板的内应力状态，减少成形板的回弹量。 （3）在板成形过程中，可以采用反复成形技术，减小成形件内部的残余应力，实现板件的小回弹或无回弹成形[3] 。由于杆系柔性成形模可以快速地重构成形面，对于有较大深度的弯曲或拉深曲面，采用反复成形工艺，减少板件的每次加工变形量，从而减小工件内部的残余应力，减小回弹量。

5 变形冲压头的曲面拟合方法

杆系柔性成形模需要前端CAD模型数据来驱动。使用复合杆柔性成形模时，计算机首先读取被加工板件的三维模型数据，计算成形面的尺寸以及每个杆限位块的位置，同时分析出相应杆头的形状，输出每个位置杆头的形状数据，提示更换相应形状的冲压头；然后计算机控制步进电机带动螺杆旋转，调节限位块的位置，从而调整好整个杆系柔性成形模具。

可通过分析被加工板件的表面数据来确定选用何种形状的冲压头。由于板件的局部曲面（设杆头的截面尺寸为 40mm X 40mm）形式多种多样，不可能制作无限多个任意表面形状的冲压头。如图10所示，本系统是以冲压头型面的中间点Pc与周边四角点形成的 二 段 弧 线（弧P1＿Pc＿P3和P2＿Pc＿P4）的半径r1、r2和弧线中心点O1到Pc的方向矢与坐标轴Z向的夹角θ1、θ2，作为描述变形冲压头的主参数，将半径r1、r2和夹角θ1、θ2设定一定的间隔，将其数值系列化，这样大约可预制400～500种形式的冲压头，就可以近似地拟合绝大多数形式的零件曲面，并将预制的各种形状的冲压头依据其主参数设定代码。对于被加工凸板面，冲压头曲面半径小于或等于板面曲率半径；对于被加工四板面，冲压头曲面半径大于或等于形面曲率半径。在实际使用中，每个杆位的冲压头的选择由计算机分析板件局部区域的形状特征，并输出相应的代码。

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