一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，包括若干个在大角度回转体制件上周向等间距设置的工艺孔单元，工艺孔单元包括相对设置的大半圆部和小半圆部，大半圆部位于小半圆部的外圈，大半圆部和小半圆部之间通过直线部连接形成闭合结构，两个相邻的工艺孔单元之间紧挨的两个直线部平行设置。本发明专利技术还公开一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构的设计方法。本发明专利技术提供的一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法，能够减小翘曲变形，同时还保留了孔的补料能力。

【技术实现步骤摘要】
一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法
本专利技术涉具体涉及一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法，属于渐进成形加工领域。
技术介绍
渐进成形(IncrementalSheetForming,ISF)是一种融合了计算机、数控和塑性成形等技术的柔性无模制造工艺，它采用了“降维”的方法，将三维钣金件离散成为一系列的二维轮廓形状，通过工具头对二维轮廓形状逐点加工积累从而获得零件整体形状。渐进成形技术具有高柔性、低成本、周期短、高效率等特点，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，减薄规律遵循余弦定理t0＝tcosθ，所述的t为板材的原始厚度，当成形角θ越大时，成形后的制件厚度会趋于一个临界厚度t1。当t0小于t1时，板材便会发生破裂。其主要原因在于金属板料在成形过程中，板料四周被夹具夹紧，参与变形的金属总量是不变的，因此壁厚减薄的金属得不到补充，产生破裂。由于减薄带的出现破坏了成形后零件的壁厚均匀性，即成形后零件的力学性能存在薄弱区域，大成形角渐进成形零件往往会在减薄带区域发生破裂。因此，只要能够削弱减薄带的存在甚至消除减薄带，便能提高渐进成形制件的成形极限。经过对现有的渐进成形技术中工艺孔的设计检索发现，许金亮等人通过设计切口的方式，有效补充渐进成形过程中金属的流动，从而优化制件的厚度。但其关于孔型的设计存在明显的缺陷，其设计的长孔利用渐进成形正成形的方式在成形后会发生翘起但不容易影响零件外形，这是由于正成形支撑模的存在零件整体受力后不会发生塌陷等现象。而在负成形时其长孔的设计并不适合，零件会发生翘起甚至外形也会受到影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，解决现有技术的不足，提供一种能够减小翘曲变形，同时还保留了孔的补料能力的大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，包括若干个在大角度回转体制件上周向等间距设置的工艺孔单元，所述工艺孔单元包括相对设置的大半圆部和小半圆部，所述大半圆部位于所述小半圆部的外圈，所述大半圆部和小半圆部之间通过直线部连接形成闭合结构，两个相邻的所述工艺孔单元之间紧挨的两个所述直线部平行设置。所述工艺孔单元的长轴所在的中轴线指向回转体制件的中心。所述工艺孔单元的个数为N个，其中N为大于等于20的整数。一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构设计方法，包括以下步骤：步骤a，确定回转体制件的材料种类、制件原始厚度t、渐进成形角θ和渐进成形深度h；步骤b，由渐进成形角θ确定制件在遵循余弦定理并且不考虑制件破裂情况时的理论厚度t0；步骤c，采用变角度球台形曲面模型来测量该制件在渐进成形中的成形极限，利用板料厚度减薄规律求得该制件此时的厚度t1，即板料发生破裂时的厚度；步骤d，设计工艺孔单元，孔的长度为a，孔的搭边量为b，孔与孔之间的间距值为c；步骤e，在计算机上利用三维造型软件对零件进行三维造型，将设计好参数的工艺孔单元排布在回转体制件成形范围周边，使工艺孔的长轴a所在的中轴线指向回转体制件的中心，再导出片体模型进行模拟以及实验分析。步骤d中，孔的长度a、孔的搭边量b和孔与孔之间的间距值c的值需满足下述条件：k*(a+b)*c*t＞h*|t1-t0|/(t*sinθ)其中，k为变形系数。孔的搭边量b的设计需满足：k*a<b<a。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构及其设计方法，给出一种工艺孔的形状以及参数并且给出其参数的确定方式，通过添加辅助工艺孔成形普通工艺无法成形的大成形角制件，改善了制件在渐进成形后的壁厚分布，能够减小翘曲变形，同时还保留了孔的补料能力。附图说明图1为本专利技术中工艺孔设计参数示意图；图2为本专利技术中工艺孔排布示意图。图中附图标记如下：1-工艺孔单元；2-直线部；3-大半圆部；4-小半圆部。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，本专利技术提供一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，针对大角度回转体制件在渐进成形中的应用，包括若干个在大角度回转体制件上周向等间距设置的工艺孔单元1，工艺孔单元1的个数为N个，其中N为大于等于20的整数，在本实施例中具体为38个。单个的工艺孔单元1包括相对设置的大半圆部3和小半圆部4，大半圆部3位于小半圆部4的外圈，大半圆部3和小半圆部4之间通过直线部2连接形成闭合结构，两个相邻的工艺孔单元1之间紧挨的两个直线部2平行设置。工艺孔单元1的长轴所在的中轴线指向回转体制件的中心。工艺孔结构的具体设计参数如下：孔的长度为a，孔与孔之间的间距值为c，孔的搭边量为b，其值表现为孔距离成形区域的距离。对该孔型进行模拟实验发现其最终变形形状主要是直线段AB、DE的径向拉长与两端圆弧变形的叠加结果，并且位移量为近似线性关系，取变形系数为k(0＜k＜1)。为了实现对减薄金属补充材料的目的，设计的工艺孔四周的补充板料要大于成型区域需求，a,b,c的值需满足下述条件：k*(a+b)*c*t＞h*|t1-t0|/(t*sinθ)其中，θ为渐进成形成形角，h为渐进成形深度，t为板料原始厚度，t1为板料发生破裂时的厚度，t0为板料在渐进成形角θ下遵循余弦定理时的厚度。当设计的工艺孔太靠近成形区域时，孔的变形伸长量会超过搭边量，孔的一部分被拉入成形区域，该部分没有托板的支撑，在壁向拉力下发生弯折与拉长，工艺孔容易被拉断或使零件畸形，应该避免这种情况的发生；当孔的搭边量较大时，孔的变形不足，补料能力差，同样不能有效缓解减薄带。因此搭边值b的设计需满足：k*a<b<a。通过研究孔长对壁厚的影响，研究数据表明孔的长度大小对孔的变形量影响不大，孔的增长不会增大变形量，并且当工艺孔过长时，受到工具头的周向变形力影响，工艺孔会发生略微偏转，使得不稳定的板料发生畸变的可能性增大，容易出现壁厚骤减点。因此，工艺孔的长度a在保证能够充足受拉变形下，应尽量取小值。本专利技术还提供一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，设计方法，具体包括以下步骤：步骤一，确定大角度回转体制件的材料种类，制件原始厚度t，渐进成形角θ和成形深度h；步骤二，由渐进成形角θ确定制件在遵循余弦定理并且不考虑制件破裂情况时的理论厚度t0。步骤三，采用变角度球台形曲面模型来测量该制件在渐进成形中的成形极限，利用板料厚度减薄规律求得该制件此时的厚度t1。步骤四，设计角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，其特征在于：包括若干个在大角度回转体制件上周向等间距设置的工艺孔单元(1)，所述工艺孔单元(1)包括相对设置的大半圆部(3)和小半圆部(4)，所述大半圆部(3)位于所述小半圆部(4)的外圈，所述大半圆部(3)和小半圆部(4)之间通过直线部(2)连接形成闭合结构，两个相邻的所述工艺孔单元(1)之间紧挨的两个所述直线部(2)平行设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，其特征在于：包括若干个在大角度回转体制件上周向等间距设置的工艺孔单元(1)，所述工艺孔单元(1)包括相对设置的大半圆部(3)和小半圆部(4)，所述大半圆部(3)位于所述小半圆部(4)的外圈，所述大半圆部(3)和小半圆部(4)之间通过直线部(2)连接形成闭合结构，两个相邻的所述工艺孔单元(1)之间紧挨的两个所述直线部(2)平行设置。


2.根据权利要求1所述的一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，其特征在于：所述工艺孔单元(1)的长轴所在的中轴线指向回转体制件的中心。


3.根据权利要求1所述的一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构，其特征在于：所述工艺孔单元(1)的个数为N个，其中N为大于等于20的整数。


4.一种大角度回转体制件在渐进成形中的工艺孔结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a，确定回转体制件的材料种类、制件原始厚度t、渐进成形角θ和渐进成形深度h；
步骤b，由渐进成形角θ确定...

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