EC系列板材成形试验平台技术资料

板材三维曲面多点成形技术吉林工业大学!"##$%&李明哲陈建军隋振’摘要(多点成形是一种板材柔性成形新技术)它在新产品的试制开发*多品种*小批量板类件生产*大型板材成形等诸多方面都显示出良好的潜力)本文探讨了多点成形的基本原理*技术特点和系列实用技术+并对多点成形的应用前景作了阐述)关键词多点成形无模成形板材成形随着航空*航天*舰船*汽车等生产行业飞速发展+金属板材成形件的需求量越来越大)尤其对于像飞机外壳*船体外板等大型金属三维曲面的成形+目前只能采用手工加工方法)其工作环境差*劳动强度高*生产效率低且较难获得精确的目标形状)因此+迫切需要开发能够迅速适应产品更新换代需要+自动化程度高*适应性广的板材成形新技术*新设备)多点成形是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造技术)该技术利用了多点成形设备的,柔性-特点+不需要换模就可实现各种曲面的成形+从而实现无模成形.运用分段成形技术+可以利用小设备实现大型板材的成形+使生产效率大大提高)基本概念多点成形的基本原理是利用一系列规则排列的*高度可调的基本体+通过对各基本体运动的实时控制+自由地构造出成形面+从而实现板材三维曲面成形/见图!+$&)多点成形技术涵盖的领域很广+包含了从多点成形原理*工艺*成形方法到多点成形设备的设计与制造等诸多方面)多点成形方法与传统模具成形方法的一个主要区别就是它具有,柔性-加工特点+即可以实时控制各基本体的位移和速度)利用这个特点+既可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态+从而改变被成形件的变形路径及受力状态+以达到不同的成形结果)多点成形设备的这种柔性加工的特点与传统模具成形相比能为工件提供更多的变形路径的选择+从而能够实现如反复成形*分段成形等很多特色加工方法)多点成形有二种典型的方式+一种称为多点模具成形!其特点是在板材成形前就调整好各基本体的位置!而在成形过程中基本体间没有相对运动"其实质与模具成形基本相同!只是把模具分成离散点"另一种称为多点压机成形!其特点是在成形前不对基本体进行调整!而在成形过程中调整基本体位置!此时的每对基本体都相当于一台小型压机!故称为多点压机成形法"多点压机成形更能体现多点成形的优点"图#调整后的马鞍形成形面图$多点成形样件多点成形设备则是以计算机辅助设计%辅助制造%辅助测试&’()*’(+*’(,-技术为主要手段的板材柔性加工新装备!它以可控的基本体群为核心!板类件的设计%规划%成形%测试都由计算机辅助完成!从而可以快速经济地实现三维曲面自动成形"技术特点与传统的模具成形相比!多点成形具有其自身的特点.#/实现无模成形通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的成形曲面!可以取代传统的整体模具!节省模具设计%制造%调试和保存等所需的人力%物力和财力!显著地缩短产品生产周期!降低生产成本!提高产品的竞争力"与模具成形法相比!不但节省加工制造模具的费用!而且节省大量的修模与调模时间"与手工成形方法相比!成形的产品精度高%质量好!并且显著了提高生产效率"$/优化变形路径通过基本体调整!实时控制变形曲面!随意改变板材的变形路径和受力状态!提高材料成形极限!实现难加工材料的塑性变形!扩大加工范围"0/实现无回弹成形可采用反复成形新技术!消除材料内部的残余应力!并实现少无回弹成形!保证工件的成形精度"1/小设备成形大型件采用分段成形新技术!可以连续%逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型工件"2/易于实现自动化曲面造型%工艺计算%压力机控制%工件测试等整个过程全部采用计算机辅助!实现’()*’(+*’(,一体化生产!工作效率高!劳动强度小!极大地改善了劳动者作业环境"实用技术适应不同的需求!多点成形已经形成了系列化的实用技术.#/无回弹反复成形技术反复成形法就是利用多点成形柔性化的特点!在多点成形中成形件围绕着目标形状连续不间断地反复成形!逐渐靠近目标形状!减小工件的回弹及材料内部的残余应力!实现板材小回弹或无回弹成形"如图0所示!反复成形时!首先使材料变形到比目标形状加上应有的回弹值还大一点的程度"在此状态下!再使材料往回变形"如果此时的变形量等于回弹值!就相当于卸载过程!继续加载使材料沿其回弹方向继续变形到超过目标形状"这样!以目标形状图0反复成形过程为中心!重复上述成形过程!使板料逐渐地靠近到目标形状!最后在目标处结束成形"在多次反复成形过程中!34$35新技术新工艺6$777年第#7期万方数据可使残余应力的峰值逐渐变小!最终可实现无回弹"无残余应力的变形#$%分段成形技术多点分段成形充分利用了多点成形设备的柔性特点!把工件在不分离的情况下分成若干个成形区域分别成形!从而能够实现利用小设备对大型板材的成形&见图’(#图’分段成形技术这种成形方法可以减小设备尺寸!实现以往只能利用手工完成的大型板材的压制!从而大大降低产品的成本#同时!多点分段成形方法也可以提高板材的成形极限!但由于分段成形时!板材在每次成形时!都要受到未成形区及已成形区的影响!成形区的受力及变形情况比整体成形时要复杂得多!控制较难#应用该技术目前已成形出超过设备工作台面积)倍的样件!扭曲面总扭曲角超过’**+&见图,(#图,分段成形样件-%多道成形技术对于变形量很大的制品!选取最佳路径多道成形!使成形过程中板材各部分变形尽量均匀!以消除起皱等成形缺陷!提高板材的成形能力#’%闭环成形技术即将自动控制技术与./0!./1结合起来!对成形后的工件进行三维测量!将测量的数据反馈到./1系统!经过控制算法运算后!计算出基本体群形状的修正量!传递给控制系统再次成形!这样反复几次!可以达到精确的目标形状#结语多点成形技术可以实现无模成形!节省模具制造费用与时间2可以改善被成形件的变形条件!实现无回弹成形!并实现在小设备上成形大型件#多点成形技术特别适合于三维曲面板制品的多品种小批量生产及新产品的试制!所加工的零件尺寸越大!其优越性越突出#多点成形技术在飞机和航天器的蒙皮!轮船和舰艇的外板!车辆!大型容器和城市雕塑等三维曲面板制品加工中!有着广阔的应用前景!并将产生应有的经济效益和社会效益#参考文献3%李明哲!中村敬一%基本的4成形原理5检讨&板材多点成形法5研究第3报(%平成’年度塑性加工春季讲演会论文集!366$7,368,$$$%9:;<=>?@:!A B >C ;<@:B ?D E %!9B F D :G H C :;DI C J K :;<7L I F ?M :N F ?K L ;B I L E D B J :;<K ?D >C OI C J L -G OP B J I L E ?P >??D !Q C B J G ;L F C I 9L D ?J :L F P R J C E ?P P :;<0?E >;C F C <S !3666!T )7$))8$T *-%李明哲!蔡中义等%板材多点反复成形的残余应力分析%机械工程学报U $***!-V &3(7,*8,’’%李明哲!赵晓江等%多点分段成形中的几种成形方法%中国机械工程!366)!T &3(7T )86*W 国家T V -X .Y 9Z 主题资助项目及教育部垮世纪优秀人才基金资助项目责任编辑吕德隆9B F D :G H C :;D [C J K :;<I C J -OZ >??D 9?D L F R L J D PQ :F :;\;:]?J P :D SC I 0?E >;C F C <S @:9:;<=>?.>?;Q :L ;^B ;Z B :_>?;‘a b c d e f c 9BF D :G R C :;D [C J K :;<&9R [(:P L ;?g I F ?M :N F ?O ?I C J K :;<D ?E >;C F C <SI C J P >??D K ?D L FH L J D P %Y D >L P P >C g ;<C C OH C D ?;D :L F :;K L ;SL P H ?E D P P B E >L P O ?]?F C H K ?;D CI ;?g HJ C O B E D !H J C O B E D :C ;C IK B F D :G D S H ?L ;OP K L F F G P E L F ?P >??D H L J D P !O ?I C J K L D :C ;C I F L J <?G P :=?P >??D K ?D L F ?D E %Y ;D >:P H L H ?J !D >?N L P :E H J :;E :H F ?L ;O D ?E >;:E L F E >L J L E D ?J :P D :E P C I 9R [L J ?O :P E B P P ?O %Z ?J :L F B D :F :D SD ?E D C ;:h B ?P L J ?H J C H C P ?O %/;OD >?L H H F :E L D :C ;H J C P H ?E D C I 9R [:P L F P C?M H C B ;O ?O%i j k l m d n b K BF D :GH C :;DI CJK :;<!O :?F ?P P I C J K :;<!P >??D I C J K :;<o6$o p 新技术新工艺q$***年第3*期万方数据。

无模成形技术简介1.引言无模成形是以计算机为主要手段，利用多点成形或增量成形的方法，实现板料的无模具塑性成形的先进智能化制造技术。

金属板料成形在制造业中有着十分重要的地位，该技术广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件和家电等生产行业，但传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。

而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。

为此，国内外许多学者都在致力于板料塑性成形新技术的研究，努力实现金属板料快速高效的柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。

2.研究概况国内外许多学者都对板料塑性成形新技术进行了大量的研究，从无模多点成形和数字化渐进成形到喷丸成形、爆炸成形、激光热应力成形和激光冲击成形等，并取得了一定的成果。

2.1 无模多点成形无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载单元（基本群体）形成离散曲面，来替代传统模具进行三维曲面成形的方法，是一种多点压延加工技术。

此法特别适合于多品种小批量生产，体现了敏捷制造的理念。

目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。

与传统模具成形方法相比，其主要区别就是他具有“柔性”，可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态，从而改变被成形件的变形路径及受力状态，以达到不同的成形效果。

图2-1 为传统模具成形与多点成形的比较。

图 2-2 为多点模具成形的过程。

图 2-1 模具成形与多点成形的比较图 2-2 多点模具成形过程20 世纪 70 年代，日本造船界开始研究多点成形压力机，并成功应用于船体外板的曲面成形。

此后许多学者为开发多点成形技术进行了大量的探讨与研究，制作了不同的样机，但大多只能进行变形量较小的整体变形。

吉林大学李明哲等人对无模多点成形技术进行了较为系统的研究，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，2002 年底，李教授组建了产学研实体：长春瑞光科技有限公司。

讲一讲将板材“玩弄”于模具之中的液压成形技术中国航空制造厂的橡皮囊液压成形设备能加工出航空领域中最为常见的各种形式的蒙皮，再经过相应的加工工艺后就可以满足飞机的不同部位的特殊要求，下图左一是焊接后的成型S形进气道蒙皮焊接件，右一为马鞍形蒙皮。

液压成形技术同冲压，焊接等传统的成形技术相比，是一门新型的金属成形技术。

为了解决航空航天,汽车等领域的一些复杂的工艺问题和技术要求，从20世纪50年代起，德、美、日等国科学家在相关领域内先后提出了内高压成形技术和板料液压成形技术。

1985年我国科学家王仲仁教授发明了球形容器无模液压成形技术，提出了壳体液压成形技术。

近几年，依托于计算机控制技术和高压液压系统的发展，液压成形技术迅速发展。

目前，很多复杂结构的零件都可以通过该技术批量地加工生产。

液压成形技术的发展历史液压成形开始于十九世纪末期，当时主要用于管件的成形，由于相关技术的限制在相当长一段时间内，管材液压成形只局限与实验室研究阶段，在工业上没有得到广泛应用。

板材液压成形由管件液压成形引申而来，最初出现的是橡皮膜液压成形。

美国、德国和日本相继于五、六十年代开发出了橡皮囊液压成形技术。

日本学者保日春男首先对此进行了改进，开发出了对向液压拉深技术。

随后欧、没等国家也相继开展这方面的工艺研究及设备的开发工作。

1967年，德国SMG公司提出液压机械拉深技术。

板材液压成形技术在九十年代后得到人们的重视和大力研究。

九十年代后，制造业迅猛发展，零件的形状日趋复杂，加之有大量采用铝、镁等质量较轻、但塑性较差的新材料，使得人们将注意力转向了板材液压成形技术。

到了九十年代后期，德国有关学者提出了一种板材成形新工艺--板材成对液压成形。

相对于国外来说，国内对于液压成形的研究较晚。

上世纪九十年代后，国内众多高校开始对液压成形进行研究，例如哈尔滨工业大学、燕山大学、华南理工大学、上海交通大学等分别对液压成形进行了理论分析和实验研究，总结了很多液压成形的数据和经验，但是对板材成对液压成形的研究相对较少，处于最初的探索阶段。

flc板材成形极限FLC板材是一种新型的高分子复合材料，具有优异的力学性能和加工性能，被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。

在成形过程中，FLC板材的成形极限受到多种因素的影响，如材料性能、模具结构、加工工艺等。

下面将对FLC板材的成形极限进行详细的介绍。

一、FLC板材的力学性能FLC板材的力学性能主要包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率等。

这些性能指标直接影响了成形过程中的变形行为和破裂风险。

由于FLC板材具有优异的综合性能，其成形极限也相对较高。

二、成形极限的测试方法成形极限的测试方法主要包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和冲压试验等。

其中，冲压试验是最常用的测试方法之一。

在冲压试验中，将试样放置在模具中，通过施加压力来使其变形，直至试样破裂。

通过测量试样的变形量和破裂位置，可以评估材料的成形极限。

三、影响成形极限的因素1.材料性能材料性能是影响FLC板材成形极限的关键因素之一。

材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率等性能指标都会影响其成形极限。

一般来说，材料的弹性模量和屈服强度越高，其成形极限也越高。

但是，过高的屈服强度可能会导致材料破裂的风险增加。

因此，在选择材料时，需要综合考虑材料的各项性能指标。

2.模具结构模具结构也是影响FLC板材成形极限的重要因素之一。

模具的结构设计不合理可能会导致材料变形不均匀，从而产生破裂风险。

因此，在模具设计时，需要充分考虑材料的变形特性和模具的结构特点，确保模具结构合理、安全可靠。

3.加工工艺加工工艺也是影响FLC板材成形极限的因素之一。

加工工艺包括加热温度、加热时间、冷却速度等。

不同的加工工艺会导致材料内部结构和性能发生变化，从而影响其成形极限。

因此，在加工过程中，需要选择合适的加工工艺参数，确保材料变形均匀、无破裂现象。

四、提高成形极限的措施1.选择合适的材料选择合适的材料是提高FLC板材成形极限的关键措施之一。

在选择材料时，需要考虑材料的力学性能、加工性能和成本等因素。

第58卷0引言四边折边机通常由上、下模和工作台组成[1],是卡扣凸包成形的关键设备,在制造业中具有广泛的应用。

在卡扣凸包成形过程中,压紧力是一个重要参数,直接影响着成形质量和产品性能[2-4]。

因此,对不同压紧力下的成形效果进行分析和研究,对于优化生产工艺、提高产品质量具有重要意义。

在实际成形过程中,压紧力的大小会对凸包成形质量产生重要影响。

适当的压紧力可以确保模具能够正确压实材料,并使材料充分填充模具腔体[5]。

过大的成形力会导致金属板材的过度变形和应力集中,从而影响边线的形状和精度。

而过小的成形力则可能导致成形不完全或者无法达到预期的效果,这使得对压紧力的精确控制变得极为重要[6]。

因此,在模具设计和机床气动设备选型过程中,需要进行准确的压紧力控制和调整,以确保凸包成形质量的稳定和可靠。

因此,本文通过材料性能试验获得幕墙板材的相关力学性能参数;利用试制模具进行不同压紧距离下的成形力大小试验;基于W or kbench 软件进行仿真分析,对板材卡扣凸包成形力进行了全面的研究和分析,并与试验对比分析验证了仿真计算的准确性,后续可通过仿真计算来进行优化分析。

在此基础上,研究结果对于后期机床气动设备的选型与生产效率的提高也具有重要的指导意义。

1材料拉伸试验拉伸试验可以获得材料的屈服强度、延伸率、断裂强度等[7,8]力学参数。

这些参数对于材料的仿真和试验精度有着重要影响。

因此,拉伸试验获得的材料参数对于仿真的精度具有重要意义。

本文以内装幕墙铝合金薄板作为研究对象,首先对其材料性能进行测试,为接下来的研究提供基础。

如图1a 所示为该板材试样制备的尺寸规格,如图1b 所示为电子万能试验机试验图片。

通过万能材料试验机以及拉伸试样上所贴应变片,测得试样的各项材料性能,如图2所示为材料的应力应变曲线,具体材料参数如表1所示。

2不同工况试验分析如图3所示为安装在万能试验机上的试制模具,选择内装幕墙行业专用的铝合金薄板试验样品收稿日期:2023-06-20;修订日期:2023-07-15基金项目:江苏省重点研发计划(产业前瞻与关键核心技术)项目(BE2022137)基于W orkbench 的幕墙行业卡扣凸包成形力分析樊军1,2,王金荣1,2,黎兴宝1,2,陈扬东1,2,郝文峰2,3,韦源源2,3(1.江苏亚威机床股份有限公司,江苏扬州225200;2.江苏省金属板材智能装备重点实验室,江苏扬州225200;3.扬州大学机械工程学院,江苏扬州225127)摘要:幕墙行业的卡扣凸包成形是将金属板材进行冲压成形的工艺,其合适的成形力参数对提高工件成形质量和高生产效率具有重要意义。

目录一、适用范围 (3)二、板材加工成型工艺内容 (3)1板材分类 (3)2板材切割工艺技术要求 (3)3坡口加工工艺及技术要求 (10)4曲面板成形加工工艺及技术要求 (11)5折边板加工工艺及技术要求 (21)6板材加工精度 (25)一、适用范围1．本工艺描述了船体板材加工及校正的内容及方法，旨在节省材料，提高构件组装精度，为下道工序创造条件，确保产品的质量。

2．本作业指导书适用于本公司船舶产品制造过程中的板材加工及校正工艺控制。

3．在板材加工过程中,除应遵守本工艺的要求外,还应满足施工图纸、有关的规范标准及法定的有关技术文件的要求。

二、板材加工成型工艺内容1、板材分类根据船体板材的形状一般分为平直板、槽形舱壁板和曲面板，曲面板又分为单向曲度板和复杂曲度板，折边板。

2、板材切割工艺技术要求2.1 切割前的准备工作(1) 认真检查工作场地的安全生产条件；(2) 清除工件切割表面的油污等脏物；(3) 氧气调节到所须的压力；(4) 根据工件的厚度选择合适的割嘴孔径；(5) 点火调节预热火焰（中性焰），然后打开切割氧气阀，检查切割气流（俗称风线）的形状和长度是否符合要求（呈细而直的射流喷出）。

2.2 切割操作技术要求（1）对手动切割和半自动切割工艺操作要求。

A 切割时应对准零件的号料线。

B 切割过程中，根据实际情况随时调整有关参数。

遇氧气压力不足或成份不纯而严重影响切割质量应立即停止切割。

C 为减少零件在切割时的变形应遵循下列程序：1) 大型零件的切割，应先从短边开始；2) 一张钢板上切割众多不同尺寸的零件时，应先割小件，后割大件；3) 同一张钢板上切割不同形状的零件时，应先割线型较复杂的零件，而后割较简单的零件；（2）对高精度方式自动切割机的操作技术要求。

A 切割前应检查切割机行走的情况（空车行走），导管状态，待正常后才能工作；随时检查导轨的垃圾或异物并及时清除；B 根据工件钢板的厚度选用合适的割嘴切割速度及氧气等的压力;C 根据工件的精度要求，调节割嘴与割嘴的间距；D 在切割过程中采用中性焰，风线要清晰，必须保持割嘴与钢板的垂直；E 切割过程中遇氧气压力不足或成份不纯而严重影响切割质量，应暂停切割，以待问题解决后再开始切割；F 切割过程中若切割机行走出现故障应停止切割，故障排除后，才可继续操作；G 切割多根板条时，始割端和终割端应以封闭状态形式，待稍冷后，再进行二端横缝切割；H 板条工件切割时，工件二侧应有留余边，并进行双矩并行切割；I 操作完毕后，将割矩装置升高及电源、氧气、燃气阀门关闭。