[发明专利]多阶段增量片材成形系统和方法

说明书

一种多阶段增量片材成形系统，包括成形工具以及与成形工具通信的至少一个控制单元。所述至少一个控制单元被配置为确定要由成形工具形成的目标结构的凸包。所述至少一个控制单元进一步被配置为根据第一工具路径相对于初始结构操作成形工具，以形成具有基于目标结构的凸包的形状的中间结构。所述至少一个控制单元进一步被配置为根据第二工具路径相对于中间结构操作成形工具，以将一个或多个向内特征形成到中间结构中以形成目标机构。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及多阶段增量片材成形系统和方法。

背景技术

某些结构是通过增量片材成形而形成的。特别地，增量片材成形提供了一种由金属形成薄结构的方法。成形工具通常包括光滑的、钝的操作头，该操作头抵靠悬挂在夹具、治具或类似中的片材金属的表面被推压或其他方式定位，以提供改进的三维形状。

在增量片材成形过程中，成形工具(例如成形触针)横穿工具路径，以增量地方式使空白的金属板变形。通常由要形成的零件的几何形状的水平截面堆栈生成工具路径，已知这被作为Z层工具路径。

增量片材成形过程已知对局部壁倾斜角度敏感。通常，具有从水平面平面起陡峭超过60度的壁角度的结构通常不是用于增量片材成形的可行候选。在60度或更大处，通过增量片材成形过程形成的金属板通常变薄至原始厚度的大约一半。已经发现，尝试通过增量片材成形来形成这种结构具有撕裂材料陡峭的壁的风险。

总体而言，当将使用的单阶段增量片材成形应用于具有诸如在陡峭的壁(例如，以至少60度的角度形成的壁)上形成的穴、内凹和类似特征的零件，则经常是不成功的。使用Z层工具路径接近，陡峭的壁会在成形过程中引起过度变薄，从而导致(或至少会有风险导致)撕裂材料片材。具有60度或更大的壁角的结构通常不适合增量片材成形。

发明内容

存在通过增量片材成形来形成具有陡峭的壁(例如，以60度或更大成角度的壁)的结构的系统和方法的需求。进一步，存在在陡峭的角度(例如，60度或更大)处不易于损坏(例如，撕裂)结构材料的增量片材成形系统和方法的需求。

考虑到那些需求，本公开的某些实施例提供了一种多阶段增量片材成形系统，其包括成形工具以及与所述成形工具通信的至少一个控制单元。所述至少一个控制单元被配置为确定由成形工具形成的目标结构的凸包。所述至少一个控制单元被配置为根据第一工具路径相对于初始结构操作成形工具，以形成具有基于目标结构的凸包的形状的中间结构。所述至少一个控制单元被配置为根据第二工具路径相对于中间结构操作成形工具，以将一个或多个向内特征形成到中间结构中以形成目标结构，其中第二工具路径不同于第一工具路径。

在至少一个实施例中，所述至少一个控制单元包括：工具路径生成控制单元，其被配置为确定至少一个工具路径；工具路径生成控制单元，其被配置为确定目标结构的凸包；以及成形控制单元，其被配置为操作成形工具。

在至少一个实施例中，所述至少一个控制单元包括：工具路径生成控制单元，其被配置为基于含有目标结构的所有点的最小凸集确定目标结构的凸包。

在至少一个实施例中，结构数据库与所述至少一个控制单元通信。该结构数据库存储目标数据，该目标数据包括与目标结构的几何表示有关的信息，诸如目标结构的大小、目标结构的形状、目标结构的一个或多个向内特征以及包括工具形状、工具大小和工具进给速率的制造数据。

在至少一个实施例中，所述至少一个控制单元包括：工具路径生成控制单元，其包括凸包确定模块，该凸包确定模块分析与目标结构有关的目标数据并且基于目标数据确定目标结构的凸包。

在至少一个实施例中，所述至少一个控制单元包括工具路径生成控制单元，该工具路径生成控制单元包括凸包工具路径生成模块，该凸包工具路径生成模块基于确定的凸包确定第一工具路径。成形控制单元根据第一工具路径相对于初始结构操作成形工具，以形成具有基于目标结构的凸包的形状的中间结构。如示例，第一工具路径是Z层工具路径。