基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法技术

本申请提供了一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，包括：构建包括离散模具、若干个夹持机构和板料的拉伸模型；根据拉伸模型，模拟板料的被拉伸成形过程并且计算拉伸数据；根据拉伸数据，通过控制实际中单元体的高度变化和夹持机构的长度变化实现板料的曲面拉伸成形。相比于现有技术，本申请可通过调整离散模具中各个单元体的高度形成不同的包络面，根据不同的需要实现板料的曲面拉伸成形，以及，通过调节每个夹持机构的长度，保证板料与离散模具紧密贴合，便于实现较小过渡区下大曲率曲面成形，减小不均匀性，降低成形曲面的回弹量，提高了成形精度。提高了成形精度。提高了成形精度。

【技术实现步骤摘要】
基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法


[0001]本申请涉及材料塑性成形工艺，尤其涉及一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法。

技术介绍

[0002]三维曲面在航空制造、高速列车和现代建筑等领域广泛应用，其主要成形方式为拉伸成形。
[0003]但是，随着制造业个性化和多样化需求增加，大曲率曲面成形曲面拉伸成形比重不断提高，但是传统拉伸成形仍采用专用模具和整体夹钳进行小批量生产，导致生产成本较高，并且复杂曲面成形曲面拉伸成形过程中需掺杂手工操作，必要时还增设热处理工艺，降低了成形效率。另外，板料被整体夹钳夹持，板料不随模具型面主动变形，为保证贴模度需要较长过渡区，降低了材料使用率，无形中提高了制造成本。
[0004]虽然，现有技术对上述生产过程进行了大量的优化设计，但大曲率传统拉伸成形依然存在拉伸过程容易产生缺陷和成形质量不稳定等问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，能够解决现有的大曲率传统拉伸成形依然存在拉伸过程容易产生缺陷和成形质量不稳定的问题。
[0006]本申请的技术方案是一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，所述离散模具包括规则排列成m行n列的若干个高度可独立变化的单元体，所述方法包括下列步骤：
[0007]S1：构建包括所述离散模具、对称设置在所述离散模具的两侧并且长度可单独变化的若干个夹持机构和被所述夹持机构夹持的设置在所述离散模具顶端的并且可被拉伸成形的板料的拉伸模型；
[0008]S2：根据所述拉伸模型，计算所述板料被拉伸成形过程中的包括任意时刻各个单元体的高度、任意时刻离散模具的型面函数和任意时刻夹持机构的长度变化的拉伸数据；
[0009]S3：根据所述拉伸数据，通过控制实际中单元体的高度变化和夹持机构的长度变化实现所述板料的曲面拉伸成形。
[0010]可选地，所述单元体顶端的设置形状为球冠状并且单元体的球冠状顶端的中心线的延伸方向与所述单元体的长度变化方向平行。
[0011]可选地，设置在所述离散模具两侧的所述夹持机构之间均等间距设置。
[0012]可选地，设置在所述离散模具两侧的所述夹持机构的设置数量相同；
[0013]以及，每个所述夹持机构包括：
[0014]沿着若干个所述单元体的排行方向或者排列方向延伸的用于夹持住所述板料的夹钳和用于控制所述夹钳运动并且长度可变的油缸。
[0015]可选地，所述离散模具和板料之间放置有弹性的橡胶板。
[0016]可选地，在所述拉伸模型中，若干个所述单元体被初始设置在同一水平位置并且具有相同的水平高度，板料被初始设置成沿水平方向延伸的平板状；
[0017]以及，所述步骤S2包括：
[0018]S21：根据所述拉伸模型，构建直角坐标系，设定所述离散模具中若干个所述单元体的排行方向为X方向、排列方向为Y方向并且所述单元体的高度方向为Z方向，设定每个所述单元体的轴心线的坐标为(x
i
，y
i
)，i＝1,2
……
m；y＝1,2
……
n，m和n分别为单元体的列数和行数，以及离散模具的两侧共均匀分布有q对依次对应的夹钳；
[0019]S22：根据目标曲面函数方程z(x,y)和所述单元体的参数，首先通过求解方程(1)获得在板料被拉伸成形结束的T时刻时，曲面与每个所述单元体的切点对应坐标[x
ij
(T)，y
ij
(T)]，其次通过求解方程(2)获得T时刻各单元体对应的高度z
ij
(T)；
[0020][0021][0022]其中，δ
弹
为弹性橡胶板厚度，δ
板
为成形板料厚度；
[0023]S23：设置离散模具中若干个单元体的初始高度并且调整每个所述单元体的初始高度z坐标为min[z
ij
(T)]；
[0024]S24：求解方程(3)确定曲面拉伸成形的从开始到结束的过程中任意时刻t(0≤t≤T)每个所述单元体高度对应的z坐标；
[0025]z
ij
(t)＝t[z
ij
(T)
‑
min(z
ij
(T))]/T, (i＝1,2
…
m；j＝1,2
…
n；0≤t≤T)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]S25：采用最小二乘法对每个所述单元体的数据点[x
i
，y
i
，z
ij
(t)]进行三次多项式拟合，确定任意时刻离散模具型面函数表达式z
(t)
(x,y)，求解方程(5)确定多项式系数c
l,k
‑
l
；
[0027][0028][0029]S26：以离散模具为参照，设置顺着与X轴延伸方向平行的方向能够到达离散模具的一侧为第一侧，设置逆着与X轴延伸方向平行的方向能够到达离散模具的一侧为第二侧，取均位于与X轴延伸方向的同一条延伸线上并且对称设置在离散模具两侧的第P对夹钳为参照，通过方程(6)和(7)计算t时刻对应第p对夹钳中第一侧的夹钳控制点x方向位移u1(t)及z方向位移w1(t)及第二侧的夹钳控制点x方向位移u2(t)及z方向位移w2(t)；
[0030][0031][0032]其中，X0和Z0分别为初始时刻t＝0时板料右端线对应的x及z坐标值；L0为板料初始长度；y
(p)
为第p对夹钳控制点对应的y坐标值；为y＝y
p
截面轮廓最高点对应的x坐标，δ
p
为该截面内板料的伸长率；
[0033]S27：通过方程(8)和方程(9)分别计算任意时刻夹持机构的长度变化，即第p对夹钳中每个夹钳对应的油缸的行程：
[0034][0035][0036]其中，L
a1p
(t)和L
a2p
(t)分别为第一侧和第二侧的油缸a
1p
、a
2p
的行程，L
a1
和L
a2
分别为t＝0时两侧油缸a
1p
和a
2p
的有效长度，a1与a1分别为t＝0时油缸a
1p
和a
2p
轴线与X轴夹角；L
b1p
(t)和L
b2p
(t)分别为第一侧和第二侧的油缸b
1p
、b
2p
的行程，L
b1
和L
b2
分别为t＝0时两侧油缸b
1p
、b
2p
的有效长度；β1与β2分别为t＝0时油缸b
1p
和b
2p
轴线与X轴夹角。
[0037]综上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，所述离散模具包括规则排列成m行n列的若干个高度可独立变化的单元体，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1：构建包括所述离散模具、对称设置在所述离散模具的两侧并且长度可单独变化的若干个夹持机构和被所述夹持机构夹持的设置在所述离散模具顶端的并且可被拉伸成形的板料的拉伸模型；S2：根据所述拉伸模型，计算所述板料被拉伸成形过程中的包括任意时刻各个单元体的高度、任意时刻离散模具的型面函数和任意时刻夹持机构的长度变化的拉伸数据；S3：根据所述拉伸数据，通过控制实际中单元体的高度变化和夹持机构的长度变化实现所述板料的曲面拉伸成形。2.根据权利要求1所述的一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，其特征在于，所述单元体顶端的设置形状为球冠状并且单元体的球冠状顶端的中心线的延伸方向与所述单元体的长度变化方向平行。3.根据权利要求2所述的一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，其特征在于，设置在所述离散模具两侧的所述夹持机构之间均等间距设置。4.根据权利要求3所述的一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，其特征在于，设置在所述离散模具两侧的所述夹持机构的设置数量相同；以及，每个所述夹持机构包括：沿着若干个所述单元体的排行方向或者排列方向延伸的用于夹持住所述板料的夹钳和用于控制所述夹钳运动并且长度可变的油缸。5.根据权利要求4所述的一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，其特征在于，所述离散模具和板料之间放置有弹性的橡胶板。6.根据权利要求5所述的一种基于离散模具及夹持机构协同运动的曲面拉伸成形方法，其特征在于，在所述拉伸模型中，若干个所述单元体被初始设置在同一水平位置并且具有相同的水平高度，板料被初始设置成沿水平方向延伸的平板状；以及，所述步骤S2包括：S21：根据所述拉伸模型，构建直角坐标系，设定所述离散模具中若干个所述单元体的排行方向为X方向、排列方向为Y方向并且所述单元体的高度方向为Z方向，设定每个所述单元体的轴心线的坐标为(x
i
，y
i
)，i＝1,2
……
m；y＝1,2
……
n，m和n分别为单元体的列数和行数，以及离散模具的两侧共均匀分布有q对依次对应的夹钳；S22：根据目标曲面函数方程z(x,y)和所述单元体的参数，首先通过求解方程(1)获得在板料被拉伸成形结束的T时刻时，曲面与每个所述单元体的切点对应坐标[x
ij
(T)，y
ij
(T)]，其次通过求解方程(2)获得T时刻各单元体对应的高度z
ij
(T)；(T)；其中，δ
弹
为弹性橡胶板厚度，δ
板
为成形板料厚度；
S23：设置离散模具中若干个单元体的初始高度并且调整每个所述单元体的初始高度z坐标为min[z
ij
(T)]；S24：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振，郑林，丰学宇，钱程，刘跃洲，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：