材料成形装备及自动化金属板料数字化成形.ppt

11 1 市场的竞争要求企业不仅能快速响应市场的变化，市场的竞争要求企业不仅能快速响应市场的变化，而且能不断地通过技术创新，推出新产品去引导而且能不断地通过技术创新，推出新产品去引导 市场；市场；2 2 传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、费传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、费 用高；用高；3 3 金属板料的数字化成形法，为新车型的开发提供金属板料的数字化成形法，为新车型的开发提供 了一种先进手段了一种先进手段。2开发新车型3概念车4概概概概 念念念念 车车车车5传统制造的问题传统制造的问题n n传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、费用高；费用高；6手工制作手工制作7压力机压力机8国内外无模成形概况1 1 旋压成形是最常用的板料无模成形技术之一旋压成形是最常用的板料无模成形技术之一2 2 CNC CNC成形锤渐进成形法成形锤渐进成形法3 3 多点成形法多点成形法冲头工件弹性下模9金属板料的数字化成形n n金属板料的数字化成形法，为新车型的开发提金属板料的数字化成形法，为新车型的开发提供了一种先进手段。供了一种先进手段。10 这是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形这是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进制造技术，其特点是采用技术基础之上的先进制造技术，其特点是采用快速原快速原型制造型制造 技术（技术（Rapid Prototyping简称简称RP）分层制造分层制造（Layered Manufacturing）的思想，将复杂的三维形）的思想，将复杂的三维形状沿状沿Z Z轴方向切片（离散化），即分解成一系列二维轴方向切片（离散化），即分解成一系列二维断面层，并根据这些断面轮廓数据，用计算机控制一断面层，并根据这些断面轮廓数据，用计算机控制一台三轴联动成形机，驱动一个工具头，以走等高线的台三轴联动成形机，驱动一个工具头，以走等高线的方式，对金属板料进行局部地塑性加工。即，无须制方式，对金属板料进行局部地塑性加工。即，无须制造模具，用渐进成形的方式，将金属板料加工成所需造模具，用渐进成形的方式，将金属板料加工成所需要的形状。要的形状。金属板料的渐进成形原理11基 本 原 理 （一）被加工板材 成形工具导柱夹板支架托板底座将板料放置于托板上，四周用夹板夹紧。托板可以沿导柱自由上下滑动。12根据切片断面轮廓数据，用计算机控制三轴联动成形机驱动一个成形工具对板料压下设定的压下量，并以走等高线的方式，对板料进行加工。基 本 原 理 （二）13每完成一个断面层轮廓的加工后，工具头沿Z轴方向压下一个高度H，接着加工下一层的断面轮廓，如此循环往复直至工件最终成形。基 本 原 理 （三）14金属板材单点渐进成形n n金属板材渐进成形装置结构示意图金属板材渐进成形装置结构示意图金属板材渐进成形装置结构示意图金属板材渐进成形装置结构示意图成形压头成形压头已成形部分已成形部分 板材板材 压板压板 托板托板滑动导柱滑动导柱 支柱支柱 工作台工作台 支撑模型支撑模型15成型装置结构原理平衡缸平衡缸压板压板工作台工作台夹具夹具底座底座底支撑底支撑16华中科技大学开发的 金属板料无模成形机 中国专利产品中国专利产品 专利号：专利号：ZL00230779017金属板料数字化成形系统n n计算机控制成形工作头在计算机控制成形工作头在X X、Y Y、Z Z三个方向联动；三个方向联动；n n在同一个等高层，工具头在在同一个等高层，工具头在X X、Y Y平面作等高线运动；平面作等高线运动；n n每加工完一层后，工具头沿每加工完一层后，工具头沿Z Z轴方向对板料压下一个量，轴方向对板料压下一个量，接着加工下一层，如此循环接着加工下一层，如此循环反复直至工件最终成形。反复直至工件最终成形。18传动系统CNC图像采集卡图像采集卡CCD摄像机摄像机定位孔定位孔定位孔定位孔1 1 1 1运动执行单元运动执行单元导轨导轨运动执行单元运动执行单元定位孔定位孔定位孔定位孔2 2 2 219硬件系统D DP PR RA AMM加工程序译码加工程序译码加工程序译码加工程序译码刀具补偿刀具补偿刀具补偿刀具补偿运动插补运动插补运动插补运动插补轴控制轴控制轴控制轴控制数据采集数据采集数据采集数据采集I/OI/O控制控制控制控制P PMMA AC C操作系统内核操作系统内核操作系统内核操作系统内核执执执执 行行行行 体体体体设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序硬件抽象层（硬件抽象层（硬件抽象层（硬件抽象层（HALHAL）核心态核心态核心态核心态人人人人机机机机界界界界面面面面交交交交互互互互数数数数据据据据输输输输入入入入处处处处理理理理工工工工艺艺艺艺规规规规划划划划系系系系统统统统诊诊诊诊断断断断P CP C I I S S A A总总总总线线线线20软件系统界面21成形工艺路线n n用用UGUG软件建数字模型软件建数字模型22成形工艺路线n n工艺规划、建辅助面工艺规划、建辅助面23成形工艺路线n n生成原始加工轨迹生成原始加工轨迹24成形工艺路线n n进入控制软件生成成形指令进入控制软件生成成形指令25建立三维数字模型成形加工生成加工路径金属板料数字化快速成形工作流程工艺规划生成数控指令26应用制件案例n n汽车车门汽车车门汽车车门汽车车门建三维模型建三维模型生成加工轨迹生成加工轨迹加工成型加工成型27应用制件案例n n工艺品工艺品工艺品工艺品建三维模型建三维模型生成加工轨迹生成加工轨迹加工成型加工成型2829n n数控渐进成形的汽车覆盖件数控渐进成形的汽车覆盖件30新车型（概念车）的新车型（概念车）的快速开发解决方案快速开发解决方案计算机三维设计计算机三维设计成形加工成形加工成形覆盖件成形覆盖件修改设计修改设计制造概念车制造概念车装配组合装配组合三维反求三维反求生成数字模型生成数字模型31应用制件案例n n点支撑成形点支撑成形点支撑成形点支撑成形理想曲面理想曲面实测曲面实测曲面32 在新经济时代，制造业面临着瞬息万变的市场对小批量多品种产品需求的挑战。传统制造工艺的设计、制造过程耗时、耗资，新产品开发周期长，成本高。因此，为企业提供新的制造方法和技术迫在眉睫。用金属薄板无模快速成形技术可生产金属样件，以检验新产品的设计，也可小批量生产个性化的产品，以满足市场多样化的需求。新产品开发解决方案新产品开发解决方案33 以金属薄板无模快速成形法成形的薄壳件作为原型，用树脂或低熔点合金材料制作批量生产的模具。对于只需数千件的金属薄板成形件生产的很多难题，采用上述材料制造模具往往是最经济的解决方案。金属薄板成形模具的快速制造金属薄板成形模具的快速制造341 1 树脂模具树脂模具 在航空及汽车工业中，应用环氧树脂及聚氨酯系列制作模具与钢模相比有很多突出优点：只需很少设备及几分之一的时间；重量轻，而且具有非常好的机械及热学性能、很好的尺寸稳定性、高强度和高耐腐蚀性。35制作树脂模具的基本方法36拉延模凹模压边圈凸模37汽车覆盖件树脂模具382 低熔点合金模具 用于快速制模的材料有铋锡合金、锌基合金。用于快速制模的材料有铋锡合金、锌基合金。用低熔点合用低熔点合金材料快速制作轿车大型覆盖件模具的优点有：金材料快速制作轿车大型覆盖件模具的优点有：1 1）设计制作时间短，铸后型腔一般无须再机械加工和钳设计制作时间短，铸后型腔一般无须再机械加工和钳工研磨，对于大面积凹面、曲面的修整较为方便，模具的工作工研磨，对于大面积凹面、曲面的修整较为方便，模具的工作部分无须热处理，因而制作周期只有钢模的部分无须热处理，因而制作周期只有钢模的1/71/7；2 2）成本低只有钢模的成本低只有钢模的1/101/10，失效后可重新熔化再制，是，失效后可重新熔化再制，是一种绿色材料；一种绿色材料；3 3）具有抗粘结性和自润滑性能，因而用于覆盖件的冲压具有抗粘结性和自润滑性能，因而用于覆盖件的冲压成形时不会损伤制件；成形时不会损伤制件；4 4）其不仅可用于成形、拉伸和弯曲模，还可采用在适当其不仅可用于成形、拉伸和弯曲模，还可采用在适当部位镶钢的方法，制成冲裁模和切边模。部位镶钢的方法，制成冲裁模和切边模。39金属薄板成形件低熔点合金上模架上模架加热管低熔点合金模制作方法之一1 首先在金属薄板成形件上，适量 地钻2.5 3mm的工艺孔，用于液态金属流入；2 用加热管加热低熔点合金，经2 小时，温度上升至150合金充 分熔化；3 启动压机，使上模架与金属薄板 成形件一起缓慢下降压入液态金 属中，低熔点合金从工艺孔流入 金属薄板成形件，充满后停止加 热，让金属冷却；4 3小时后，温度下降到65 以 下时，启动压机拔出凸模。对 凸凹模稍加修整，一套低熔点 合金模即制作完成。40