[发明专利]采用柔性辊与弹性辊的曲面零件连续成形方法

说明书

本发明提供一种了采用柔性辊与弹性辊的曲面零件连续成形方法，以一个柔性辊及一个弹性辊作为成形工具，通过控制柔性辊的轮廓曲线形状及柔性辊的压下量，使柔性辊与弹性辊之间的板料在纵向及横向同时弯曲变形；根据曲面成形件的纵向与横向曲率以及曲面成形件与弹性辊的材料参数，确定能够补偿回弹变形的柔性辊曲率与压下量，调整出所需的柔性辊轮廓形状，同时控制柔性辊的压下量，通过柔性辊的连续转动实现曲面零件的连续成形；本方法操作简单、成本低，为解决单件、小批量曲面加工问题提供了一种有效途径，可以满足金属塑性加工领域对大型曲面零件加工新技术的需求，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及采用柔性辊与弹性辊的曲面零件连续成形方法，属于金属塑性加工领域，适用于侧弯形三维曲面零件的低成本、快速成形。

背景技术

三维曲面零件广泛应用于飞机、轮船、高速列车、化工容器等制造领域，在现代建筑结构以及城市雕塑中双曲度曲面的需求量也越来越大。传统的模具成形技术适于零件的大批量生产，用于大尺寸、小批量的三维曲面零件加工时，由于模具成本太高，并且需要大型的成形设备，模具成形方法不再适用。随着工程上对三维曲面零件的需求越来越多，急需开发出快捷、低成本的新成形技术。基于辊弯方式的连续成形技术加工三维曲面零件不需要模具，能实现快速、高效生产，易于实现成形过程的自动控制。另外，所需的成形力小，因而设备小、投资较少，生产成本低，非常适用于加工大型的三维曲面零件。

发明内容

本发明提供采用柔性辊与弹性辊的曲面零件连续成形方法，通过对具有弯曲轮廓曲线的柔性辊施加压下量，使柔性辊与弹性辊之间的板料在纵向及横向同时弯曲变形，根据曲面成形件的纵向与横向曲率以及曲面成形件与弹性辊的材料参数，确定能够补偿回弹变形的柔性辊曲率与柔性辊压下量，并调整出所需的柔性辊轮廓形状，同时控制柔性辊的压下量，通过柔性辊的连续转动实现曲面零件的连续成形。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

采用柔性辊与弹性辊的曲面零件连续成形方法，以一个柔性辊及位于柔性辊下方的弹性辊作为成形工具，通过控制柔性辊的轮廓曲线的形状以及柔性辊的压下量，使柔性辊与弹性辊之间的板料在纵向及横向同时弯曲变形，纵向为板料的进给方向，横向垂直于板料的进给方向；弹性辊是由刚性辊及包覆在刚性辊外部的厚度为H的弹性层构成，随着柔性辊绕自身轴线的转动，带动板料连续进给，同时也带动弹性辊绕自身轴线转动，最终形成双曲度的曲面成形件；曲面成形件的横向曲率取决于柔性辊的轮廓曲线的曲率；曲面成形件的纵向曲率取决于成形过程中柔性辊的压下量；基于成形过程中板料在弹性辊上所产生的横向弹塑性弯曲变形与纵向弹塑性弯曲变形，构造出能够补偿横向回弹变形的柔性辊的轮廓曲线，并计算出能够补偿纵向回弹变形的柔性辊的压下量，进行曲面的连续成形，从而消除回弹造成的形状误差，获得精确的曲面成形件，其特征在于，本方法的具体步骤如下：

步骤1：根据曲面成形件的几何参数，确定出曲面成形件的横向曲率半径ρ_T及纵向曲率半径ρ_L；

步骤2：基于板料到曲面成形件成形过程中所产生的横向弹塑性弯曲变形与回弹变形，由方程(1)确定能够补偿横向回弹变形从而获得精确的横向曲率半径ρ_T的曲面成形件的柔性辊的轮廓曲线的曲率半径R_T；

其中E为曲面成形件的材料的弹性模量，σ_s为曲面成型件材料的屈服应力；h为曲面成形件的厚度；

步骤3：基于成形过程中板料在弹性辊上所产生的纵向弹塑性弯曲变形与回弹变形，由方程(2)确定能够补偿纵向回弹变形从而获得精确的纵向曲率半径为ρ_L的曲面成形件的柔性辊的压下量δ；

其中：