三維無模快速成形柔性化制造技術

2015-02-20 02:42:42山東魯南機床有限公司滕州277500王紹存滕州市天旋旋轉接頭制造有限公司山東277500

金屬加工(冷加工) 2015年14期

■山東魯南機床有限公司（滕州 277500）王紹存■滕州市天旋旋轉接頭制造有限公司（山東 277500）王磊

三維無模快速成形柔性化制造技術

■山東魯南機床有限公司（滕州 277500）王紹存
■滕州市天旋旋轉接頭制造有限公司（山東 277500）王磊

摘要：本文主要介紹了金屬板材三維無模快速成形的主要技術特點、原理及方法，還有典型零件應用的范圍。

目前，在市場需求不斷變化的驅動下，制造業的生產規模沿著“小批量-少品種大批量-多品種變批量”的方向發展。作為廣泛應用于制造業的金屬板料成形技術，傳統的模具成形方法生產效率高、加工件精度高，適合大批量生產，多年來一直占據著主導地位。但缺點是模具設計制造周期長、維護費用高，而且缺乏柔性。

如何縮短新產品的開發周期，滿足多品種小批量和樣品試制的需求，實現板料的高效、智能及柔性成形，是板料成形技術的發展趨勢。因此，一些新型的板料成形技術應運而生，如：噴丸成形、激光成形、無模多點成形、水射流無模成形技術以及數字化漸進成形等，都實現了金屬板料的無模成形，具有很大的柔性。

我公司現開發了一種金屬板材三維無模快速成形復合機床，可實現金屬板材的無模快速成形及實體輪廓的切削精加工。機床的工作原理運用了快速成形技術中“分層制造”的思想，將復雜的三維鈑金整體成形分解成為一系列二維局部塑性成形，再利用專門的球頭刀具，單點漸進，逐層壓延，依次成形，可以形象地比喻為金屬板材的3D打印。

1. 單點漸進無模成形主要技術特點

（1）無缺陷彈性墊技術：可以有效地抑制壓痕、起皺等成形缺陷，使成形件的表面質量大大提高。

（2）無回彈反復成形技術：采用反復成形工藝方法，減小工件的回彈及材料內部的殘余應力，實現板材小回彈或無回彈成形。

（3）分段成形技術：即優化過渡區成形模型，進行大變形量、大尺寸零件的成形，實現小設備成形大工件，并使無模成形設備小型化。

（4）多道成形技術：對于變形量很大的制品，選取最佳路徑多道成形，使成形過程中板材各部分變形盡量均勻，以消除起皺等成形缺陷，提高板材的成形能力。

（5）閉環成形技術：即將自動控制技術與CAT、CAD結合起來，對成形后的工件進行三維測量，將測量的數據反饋到CAD系統，經過控制算法運算后，計算出基本體群形狀的修正量，傳遞給控制系統再次成形，這樣反復幾次，可以達到精確的目標形狀。

（6）根據需要可以進行精加工，采用去除材料辦法。

2. 金屬板材三維無模快速成形復合機床的技術特點

（1）可實現金屬板材全無模、半模或簡易支撐工具等3種成形方式。

（2）數控系統控制，柔性好，通過改變程序就可改變成形形狀。

（3）可實現普通沖壓無法實現的復雜成形過程。

（4）智能檢測，實現板材成形后輪廓實體的切削精加工。

（5）低噪聲、高安全性。

3. 數控無模成形的原理及方法

（1）原理：一種基于壓力點運動形成點、線、面的成形工藝。如圖1為佛像頭的成形軌跡圖；圖2為一般拉伸件的成形軌跡圖；圖3為女性內衣類模具軌跡圖。

圖1

圖2

圖3

（2）數控程序設計方法：在板材三維無模成形時，采用Mastercam軟件，先實體造型，再利用編程軟件對型腔分層挖槽，根據三維輪廓曲線形成若干小線段或圓弧進給。刀具路徑根據工件的不同，分別可以采用平行陡斜面加工、三維輪廓偏置加工、交線清角加工以及環線等距加工等。進給速度結合材料拉伸系數來設定，不僅有數控加工經驗，還要有鍛壓知識。

如圖4為用于女性內衣行業加工程序生成，圖5為異形回轉件程序生成圖。

（3）成形方式分為：凹成形和凸成形。圖6為凹成形加工圖，圖7為凹成形夾具結構簡圖，圖8為凸成形軌跡仿真生成圖，圖9為凹成形夾具結構簡圖。