一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，属于板料数控渐进成形领域，包括以下步骤：根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变ε

A process method of mesh deformation compensation in progressive forming

【技术实现步骤摘要】
一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法
本专利技术涉及一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，属于板料数控渐进成形领域。
技术介绍
板料渐进成形(IncrementalSheetForming，ISF)是上世纪60年代由美国的Leszak提出的一种无模柔性成形技术，90年代由日本的松原茂夫等对该技术进行了进一步研究，逐渐引起了各国学者的重视。渐进成形技术是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进制造技术，它采用快速原型制造技术“分层制造”的思想，将三维模型离散成为系列二维轮廓形状，通过局部塑性成形积累而获得零件整体形状的一种柔性无模成形技术，具有高柔性、低成本、高效率等特点，所需的成形力小，设备能耗低、振动小、噪声低，属于绿色加工，同时可以大幅度提高板材的成形极限，是近年来发展迅速的一种先进板材成形技术。由于渐进成形其特殊的加工方式，成形工具头在成形力的作用下对原始板料进行变薄拉延，成形区域的材料在工具头的作用下沿着工件轴向作剪切流动，板料厚度会减薄，研究表明，渐进成形中减薄规律遵循余弦定理δ＝δ0cosθ(其中δ0为板材的原始厚度，θ为渐进成形角，δ为成形后成形角θ位置的理论厚度)，板料厚度在成形过程中会随着渐进成形角θ的变化而变化，因板料在成形时遵循体积不变原则，所以网孔板的网孔尺寸在成形时也会随着渐进成形角θ的改变而改变。目前，谭富星等提出了圆形孔的网孔板渐进成形研究，由于渐进成形中网孔所受的轴向力远大于切向力，导致在渐进成形过程中初始的圆形孔会逐渐变成椭圆孔，且实验表明，椭圆孔的长轴会因较大的轴向力而远大于初始圆形网孔的直径，而短轴由于其较小的切向力在成形后只略大于初始圆形网孔的直径。前述研究没有考虑渐进成形中网孔的变形情况，导致在加工件在成形后出现网孔形状、尺寸偏差。在实际应用加工中，如金属网孔板通过渐进成形制作成颅骨修复体时，由于圆孔在渐进成形后变为不规则的椭圆孔，会导致人体组织在修复体上附着生长会存在不均匀情况，直接影响了病患部位的组织修复及生长，增加了患者痛苦。
技术实现思路
本专利技术是提供一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，可使工件在成形后的网孔形状以及尺寸符合工件使用要求。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变εm，建立网孔变形量预测模型；根据网孔变形量预测模型，设计工件初始网孔。进一步地，所述网孔板工件的渐进成形主方向利用STL文件格式中三角面片外法矢量进行确定。进一步地，所述网孔板工件的加工轨迹的确定包括以下步骤：根据网孔板工件成形主方向，将板材的力学性能以及加工参数生成NC代码，由所述NC代码确定网孔板工件的加工轨迹。进一步地，所述网孔板成形力的确定包括以下步骤：选择相同材质的网孔板，按照网孔板工件的成形主方向和加工轨迹进行渐进成形；由网孔板下方的测力仪测得网孔板料在成形过程中各个位置的成形力P。进一步地，所述板料成形的主应变εm由公式(1)计算得到：其中，μ为板料与工具头表面的摩擦系数，θ为渐进成形角，E为板材的弹性模量，P为成形力，S为工具头与板料接触投影于竖直方向的面积，r1为被加工板料的中性层处的接触区域半径，h为板料厚度，Δh为层进给量，r为工具球头半径。进一步地，所述工件初始网孔为椭圆孔，设计所述初始网孔具体包括以下步骤：提取网孔变形量预测模型中εm的数据，计算初始网孔短轴b；提取网孔变形量预测模型中的加工轨迹，将初始网孔长轴a的两个端点排布于加工轨迹上。进一步地，所述初始网孔短轴b通过公式(2)计算得到：b＝D/(εm+1)(2)其中，εm为板料成形的主应变，D为目标圆孔直径。由于现有网孔板的设计没有考虑板料在成形后网孔的尺寸变化，本专利技术弥补了传统网孔设计只从圆形与方形考虑其尺寸，提出了一种高效的网孔尺寸变形工艺补偿方法，采用建立力学模型，提前预测网孔在成形后的应变量，根据应变量设计出初始网孔尺寸。使初始网孔在不同渐进成形角θ成形后最终变成圆孔，从而有利于渐进成形技术在金属网孔板加工中的推广与应用。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的方法示意图；图2为本专利技术实施例中网孔变形量预测模型原理示意图；图3为本专利技术实施例中单元体受力示意图；图4为本专利技术实施例中板料与工具头接触区域加工参数的示意图。其中：1-板料，2-工具头，3-第一端点，4-第二端点，5-加工轨迹，6-目标圆孔。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的实质，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步的阐述。本专利技术公开了一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，尤其适用于金属网孔板的网孔设计，具体包括以下步骤：步骤1，建立网孔变形量预测模型。1)确定网孔板工件的渐进成形主方向。利用STL文件格式中三角面片外法矢量，确定网孔板工件的渐进成形主方向。将网孔板工件模型表面离散化为STL格式的三角形面片，以STL文件中各三角面片顶点坐标获得该三角片位置的外法向矢量。以三角面片的外法向矢量与Z轴的正向夹角作为网孔板工件曲面对应位置的渐进成形角。通过矢量旋转调整各位置的渐进成形角θ来选择合适的加工位置，以保证网孔板工件各位置的渐进成形角不超过板材的成形极限角θmax。网孔板工件模型满足上述条件的加工位置即为网孔板工件的渐进成形主方向。如图2所示，网孔板工件的渐进成形主方向为Z轴方向。2)网孔板工件的加工轨迹5的确定。根据网孔板工件的渐进成形主方向，选定板材的各项力学性能以及加工参数，生成NC代码，由该NC代码确定网孔板零件的加工轨迹5，如图1所示。加工参数包括：工具球头半径r，层进给量Δh，板料厚度h，渐进成形角θ，如图4所示。3)网孔成形力的确定包括以下步骤：选择相同材质的网孔板，按照1)中网孔板工件的渐进成形主方向进行摆放，在板料下方放置测力仪。按照2)中的加工轨迹进行渐进成形。由网孔板下方的测力仪测得网孔板料在成形过程中各个位置的成形力P。4)建立网孔变形量预测模型。根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔成形力、板料成形的主应变εm和加工参数，建立网孔变形量预测模型。(1)工件渐进成形中局部成形区域的受力可以简化为单元体ΔABC的受力。图2中的θ与图3中的θ均为渐进成形角。如图3所示，令工具头2的竖直进给方向为m方向，模具支撑面法线为f方向，由单元体在m方向的总轴力∑Fm＝0以及单元体在f方向的总轴力∑Ff＝0可得：∑Fm＝σmSAC-(τ0sinθ)SAB+(σxcosθ)SAB+μσfSBC＝0(1)∑Ff＝σfSBC-(τ0cosθ)SAB-(σxsinθ)SAB＝0(2)其中：σm为单元体AC面上沿壁向应力；σx为单元体剪切平面AB上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变ε

【技术特征摘要】
1.一种渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据网孔板工件的渐进成形主方向、加工轨迹、网孔板成形力和板料成形的主应变εm，建立网孔变形量预测模型；
根据网孔变形量预测模型，设计工件初始网孔。


2.根据权利要求1所述渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于：所述网孔板工件的渐进成形主方向利用STL文件格式中三角面片外法矢量进行确定。


3.根据权利要求1所述渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于：所述网孔板工件的加工轨迹的确定包括以下步骤：
根据网孔板工件成形主方向，将板材的力学性能以及加工参数生成NC代码，由所述NC代码确定网孔板工件的加工轨迹。


4.根据权利要求1所述渐进成形中网孔变形工艺补偿的工艺方法，其特征在于：所述网孔板成形力的确定包括以下步骤：
选择相同材质的网孔板，按照网孔板工件的成形主方向和加工轨迹进行渐进成形；
由网孔板下方的测力仪测得网孔板料在成形过程中各个位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：查光成，蒋哲东，冯星宇，郑硕，王瑶，查一凡，闫飞宇，张晓凡，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32