板料與型材成形柔性模具

傳統(tǒng)的金屬板料加工方法主要用模具在壓力機(jī)上進(jìn)行冷沖壓成形，具有生產(chǎn)效率高、適用于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品的更新速度日益加快，新產(chǎn)品成形模具的開(kāi)發(fā)往往成本高、風(fēng)險(xiǎn)大、耗時(shí)長(zhǎng)、柔性差。因此，迫切需要一種能夠降低新產(chǎn)品模具開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)并縮短研制周期的新技術(shù)。

柔性模具技術(shù)就是為適應(yīng)這一趨勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的一種柔性生產(chǎn)技術(shù)。柔性模具技術(shù)的基本思想是采用可變形的結(jié)構(gòu)或材料去代替或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性模具用來(lái)加工制造不同形狀的零件。它可以顯著降低零件的制造成本，縮短零件的制造周期，是一種越來(lái)越受到人們重視的快速制造技術(shù)。本文在國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了柔性模具的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。

1、多點(diǎn)剛模成形方法

多點(diǎn)柔性模具技術(shù)又稱為可重構(gòu)離散模具技術(shù)，它采用若干個(gè)規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過(guò)其端面形成多點(diǎn)可調(diào)的包絡(luò)面，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛性模具。在1985到1991年，MIT和CyrilBath公司及海軍研究實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造了一種新型的可自動(dòng)調(diào)整型面的拉伸成形離散模，使用時(shí)其表面覆一層彈性墊層以防止板料表面產(chǎn)生凹坑。

2、多點(diǎn)壓邊圈變壓力拉深成形技術(shù)

近年來(lái)，多點(diǎn)壓邊圈變壓力拉深成形技術(shù)得到應(yīng)用。通過(guò)控制各點(diǎn)的壓力，調(diào)整拉深件法蘭的摩擦力，從而控制材料的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀材料的拉深成形。

離散模技術(shù)

當(dāng)前這種離散模技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鈑金零件的無(wú)模成形，易于實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM/CAT一體化及板料成形自動(dòng)化.進(jìn)一步發(fā)展可形成無(wú)模工廠。

多點(diǎn)成形技術(shù)

即通過(guò)零件設(shè)計(jì)、成形過(guò)程模擬和模具設(shè)計(jì)，由可重構(gòu)的離散模進(jìn)行拉伸成形，再由可重構(gòu)的切邊工裝進(jìn)行激光或水切割，而后通過(guò)快速形狀測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行形狀測(cè)量，反復(fù)加工直至零件滿足形狀和精度要求。多點(diǎn)成形技術(shù)可以節(jié)省大量的模具設(shè)計(jì)、制造及修模調(diào)試的費(fèi)用，特別是針對(duì)大尺寸、小批量零件,這種優(yōu)越性更加突出。

3、軟模成形方法

軟模成形是采用某種材料（如固態(tài)的橡膠、聚氨酯等彈性材料，液態(tài)的水、油、壓縮空氣及粘塑性材料等）代替剛性凸模或凹模作為成形的傳力介質(zhì)，配合另一剛性凹模或凸模，在傳力介質(zhì)作用下使板材貼模成形。與傳統(tǒng)的板料沖壓方法相比，軟模成形具有模具制造成本低、周期短、成形零件表面質(zhì)量好、形狀復(fù)雜以及回彈小、起趨小等優(yōu)點(diǎn)。板材軟模成形根據(jù)傳力介質(zhì)物態(tài)特性的不同，主要可分為固態(tài)軟模成形、半固態(tài)軟模成形及液（氣）態(tài)軟模成形3種。

（1）固態(tài)軟模成形

固態(tài)軟模成形是以固態(tài)材料作為成形傳力介質(zhì)，填蠟脹形、橡皮成形、橡皮囊成形及固體顆粒介質(zhì)傳壓成形等都屬于此類。其中應(yīng)用最為廣泛的是采用聚氨酯橡膠等彈性材料作為成形軟模的橡皮成形。

在固態(tài)軟模成形中的固體顆粒介質(zhì)傳壓成形方面，固體顆粒管材成形是采用固體顆粒代替剛性凸模（或彈性體、液體）對(duì)管材進(jìn)行成形的工藝。固體顆粒傳壓介質(zhì)為鋼球或天然細(xì)砂等。成形過(guò)程中，坯料表面的壓力是可控制的，這樣可以通過(guò)控制不同部位的變形順序，有效地防止管坯在變薄區(qū)開(kāi)裂，故該工藝為高強(qiáng)度、低塑性、難變形管材成形提供了先進(jìn)的制造技術(shù)。

在固態(tài)軟模成形中的柔性滾彎成形方面，型材柔性墊彎曲是一種高度柔性的彎曲方法，利用壓輥將坯料壓入到超彈性的柔性墊中，利用柔性墊對(duì)坯料產(chǎn)生的包容、分布的彎矩實(shí)現(xiàn)型材的彎曲。在成形過(guò)程中，根據(jù)型材的截面形狀、相對(duì)厚度及抗彎截面系數(shù)等選擇合理的成形工藝參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)壓輥的壓入深度和坯料的水平位移，可以得到具有不同曲率半徑的型材彎曲件。與傳統(tǒng)的彎曲方法相比，生產(chǎn)的彎曲件具有表面質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于航空航天工業(yè)中小批量甚至單件零件的生產(chǎn)。另外，采用具有可彎曲性能的輥狀物體作為成形工具，結(jié)合多點(diǎn)調(diào)形技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維曲面板類件的柔性成形。多點(diǎn)滾壓成形可以實(shí)現(xiàn)球形件、鞍形件、扭曲形件、盤形件、筒形件和自由曲面件等三維曲面件的高效、連續(xù)成形。

（2）液（氣）態(tài)軟模成形介質(zhì)成形

板材液壓成形技術(shù)根據(jù)流體介質(zhì)可進(jìn)一步分為液壓脹形技術(shù)和充液拉深技術(shù)。液態(tài)傳力介質(zhì)的流動(dòng)性好，其特點(diǎn)是壓力分布均勻，對(duì)于變形區(qū)內(nèi)變形程度較大和較小的區(qū)域都施加相同的壓力。

（3）半固態(tài)軟模成形

半固態(tài)軟模成形是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類新板材軟模成形技術(shù)，它采用的傳力介質(zhì)介于液態(tài)和固態(tài)之間，因此具有獨(dú)特的特點(diǎn)。

與固態(tài)彈性軟模成形相比，由于半固態(tài)物質(zhì)流動(dòng)性較好，因此粘性介質(zhì)可更好地在壓力腔內(nèi)形成高壓，能很好地填充小圓角和復(fù)雜型面，可避免由于局部成形壓力不夠而不能完全貼模的現(xiàn)象，因而成形的零件形狀更加復(fù)雜，而與液態(tài)的水或油相比又降低了對(duì)密封的要求。