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电磁辅助钣金拉延快速成形技术(一)

2009-06-24    

  金属板材三维曲面类零件具有薄壳的结构特点,因其重量轻、材料省、力学性能好、几何造型流畅,往往作为主要零件,在民用产品、军用产品以及现代高技术产品等各种制造领域广为应用。特别是随着现代工业的飞速发展和人民生活水平的不断提高,金属板材成形件的需求量越来越大。尤其是在航空航天、造船、汽车等生产行业,板材成形占有举足轻重的地位。在传统板材成形方法中,模具成形方法以其适应性广、生产效率高、适合大批量生产等诸多优点,多年来一直占据着主导地位。但随着时代的发展,产品的更新换代的速度越来越快,钣金件生产的多品种、小批量和个性化的趋势愈来愈明显。而传统模具的设计、制造周期比较长,在投入使用前,需要经过长时间的反复试模、修模,而且模具材料和加工成本都比较高,因此传统模具成形方法很难满足当前快速发展的社会需求。开发出能迅速适应产品更新换代、自动化程度高、适应性广的新技术、新设备已经成为板材成形领域的迫切需要。

  在这种需求下,许多板材成形的新技术和新方法应运而生。主要有:成形锤渐进成形、数字化渐进成形、激光热应力成形、激光冲压成形、无模多点成形等等。这些技术都是在计算机控制系统的支撑下,实现板材的无模成形,具有很大的“柔性”。它们克服了传统模具成形的不足,节省了模具制造费用,缩短了开发周期,特别适合新产品的开发和小批量生产,体现了敏捷制造的理念。我们实验室通过对传统整体模和作者简介:刘敬平,男,青岛理工大学在读硕士研究士,研究方向为模具制造与快速成形。多种无模成形技术的研究,在无模多点成形技术基础上提出了一种新的板材拉伸成形技术一电磁辅蹴金拉伸快速成形技术。首先介绍一下无模多点成形技术。

  1 无模多点成形技术

  无模多点成形技术是基于“离散”思想,将柔性制造技术和计算机控制技术结合为一体的先进制造技术。其基本思想是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的单元体,通过对各单元体运动的实时控制,自由地构造出成形面,从而实现板材三维曲面成形。

  我们可以看出,在整体模具成形中,板材由模具曲面来成形,而多点成形中则由单元体冲头的包络面(或成形曲面)来完成。

  由于各单元体的位置可根据成形零件的形状进行调节,因此每次改变各单元体的空问位置就可以改变成形曲面,这也就相当于重新构造了成形模具,具有很大的“柔性”。无模多点成形技术具有成形板材无需另外配置模具,成形模具的形状可变,成形路径町变,实现无回弹成形,小设备成形大型件,易于实现自动化的优点。但是它也存在一些特有的缺陷:压痕、阶梯效应和边界效应等。其中最主要的缺陷是压痕,通过对多点成形压痕成形机理的分析可知,压痕主要是由于接触压力的高度集中,变形过于局部化以及挠曲变形刚度不合理造成的。针对压痕的成形机理,多点成形技术也采取了一些措施,如采用大曲率半径的|中头,在冲头与板材之问使用弹性垫和采用多点压机成形方式等等。这些方法虽然在一定程度上能够抑止和减轻压痕,但是效果并不尽人意。

  我们实验室提出的电磁辅助钣金拉伸快速成形技术综合了多点成形和传统整体模的成形优点,能很好的消除阶梯效应和压痕。下面就介绍一下电磁辅助钣金拉伸快速成形技术。

  2 电磁辅助钣金拉伸快速成形技术

  2.1 系统组成

  电磁辅助钣金拉伸快速成形技术是在多点成形技术的基础上发展而来的,它的工作原理和多点成形技术有几分相似。它的工作原理可以简单地描述为:首先由步进电机将单元体驱动到指定位置,然后利用磁场对磁性材料粉末有力的作用和磁场的光顺性,用磁性材料粉末将单元体之间的凹坑填平,最后加上大强度的夹紧磁场,单元体与磁性材料粉末在强大磁场的作用下成为一个整体,成为传统意义上的实体模。电磁辅助钣金拉伸快速成型技术的思想是:整体——离散一整体,而多点成形技术的思想是:整体一离散。因此这种技术不仅具有多点成形技术的优点,而且同时具有传统实体模成形精度高、表面光滑、美观的优点。

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