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MFC:三维无模快速成形柔性化制造技术,碉堡了!

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这是 金属板材成形之家 发布的第212篇文章!

文章来源:《金属加工(冷加工)》

目前,在市场需求不断变化的驱动下,制造业的生产规模沿着“小批量-少品种大批量-多品种变批量”的方向发展。作为广泛应用于制造业的金属板料成形技术,传统的模具成形方法生产效率高、加工件精度高,适合大批量生产,多年来一直占据着主导地位。但缺点是模具设计制造周期长、维护费用高,而且缺乏柔性。

如何缩短新产品的开发周期,满足多品种小批量和样品试制的需求,实现板料的高效、智能及柔性成形,是板料成形技术的发展趋势。因此,一些新型的板料成形技术应运而生,如:喷丸成形、激光成形、无模多点成形、水射流无模成形技术以及数字化渐进成形等,都实现了金属板料的无模成形,具有很大的柔性。

我公司现开发了一种金属板材三维无模快速成形复合机床, 可实现金属板材的无模快速成形及实体轮廓的切削精加工。机床的工作原理运用了快速成形技术中“分层制造”的思想,将复杂的三维钣金整体成形分解成为一系列二维局部塑性成形,再利用专门的球头刀具,单点渐进,逐层压延,依次成形,可以形象地比喻为金属板材的3D打印。

  1. 单点渐进无模成形主要技术特点

(1)无缺陷弹性垫技术:可以有效地抑制压痕、起皱等成形缺陷,使成形件的表面质量大大提高。

(2)无回弹反复成形技术: 采用反复成形工艺方法, 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。

(3)分段成形技术:即优化过渡区成形模型,进行大变形量、大尺寸零件的成形,实现小设备成形大工件,并使无模成形设备小型化。

(4)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。

(5)闭环成形技术:即将自动控制技术与CAT、CAD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CAD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。

(6)根据需要可以进行精加工,采用去除材料办法。

  2. 金属板材三维无模快速成形复合机床的技术特点

(1)可实现金属板材全无模、半模或简易支撑工具等3种成形方式。

(2)数控系统控制,柔性好,通过改变程序就可改变成形形状。

(3)可实现普通冲压无法实现的复杂成形过程。

(4)智能检测,实现板材成形后轮廓实体的切削精加工。

(5)低噪声、高安全性。

 3. 数控无模成形的原理及方法

(1)原理:一种基于压力点运动形成点、线、面的成形工艺。

图1  佛像头的成形轨迹图

图2  一般拉伸件的成形轨迹图

图3  女性内衣类模具轨迹图

(2)数控程序设计方法: 在板材三维无模成形时,采用Mastercam软件,先实体造型,再利用编程软件对型腔分层挖槽,根据三维轮廓曲线形成若干小线段或圆弧进给。刀具路径根据工件的不同,分别可以采用平行陡斜面加工、三维轮廓偏置加工、交线清角加工以及环线等距加工等。进给速度结合材料拉伸系数来设定,不仅有数控加工经验,还要有锻压知识。

图4  用于女性内衣行业加工程序生成

图5  异形回转件程序生成图

(3)成形方式分为:凹成形和凸成形。

图6  凹成形加工图

图7  凹成形夹具结构简图

图8  凸成形轨迹仿真生成图

图9  凹成形夹具结构简图

 4. 成形的典型零件及应用范围

金属板材三维快速成形复合机床可广泛用于汽车覆盖件、航空航天零件、家电、医疗器械和工艺展品等产品的无模快速制造,减少模具开发,降低产品制造费用。

(1)汽车零部件行业如图10 所示。

(2)餐饮器具行业如图11所示。

(3)工艺艺术品如图12所示。

(4)其他异形件的成形如图13所示。

现在无模单点成形技术已经成熟,它特别适合于曲面钣金件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。随着航空、航天、海运、高速铁路、化工以及城市建筑等行业的发展,对不同形状、不同尺寸的大型三维曲面钣金件的需求也在不断地增加, 该技术必将产生巨大的经济效益和社会效益。

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