不規(guī)則曲面鈑金工件的成形分析

本文介紹了一種不規(guī)則曲面鈑金工件的成形分析、加工以及檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)方法，解決了不規(guī)則曲面的成形問題，為復(fù)雜鈑金件成形提供了思路。同時(shí)從車間生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用合理的加工手段，提高了工作效率，降低了制造成本。鈑金件作為機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，制件種類多，數(shù)量大，鈑金件的成形質(zhì)量直接影響后工序機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)焊接的順利開展和焊接質(zhì)量能否達(dá)到技術(shù)要求。隨著機(jī)車流線形車體的運(yùn)用，出現(xiàn)了一類存在不規(guī)則曲面的工件。在近期試制的160km/h動(dòng)力集中式動(dòng)車組動(dòng)力車中，就有這類工件，而傳統(tǒng)的鈑金加工方式，一方面難以判斷曲面形狀，為變形加工帶來困難；另一方面需要進(jìn)行多次工藝試驗(yàn)，才能確定展開外形尺寸，不能滿足車間生產(chǎn)需要。本文主要以動(dòng)力車底架中工件AJC1029081G030邊立板2為例，利用三維軟件CATIA，對(duì)此不規(guī)則曲面鈑金成形工件進(jìn)行成形分析，為此類工件的成形問題提供解決思路。工件分析與加工工件難點(diǎn)分析圖1AJC1029081G030邊立板2設(shè)計(jì)圖如圖1所示，工件選用材料為Q460E，厚度為5mm，未注公差標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行ISO2768-cL。工件難點(diǎn)如下：(1)曲面未知，常規(guī)手段無法確定曲面參數(shù)，若采用壓型模整體成形成本太高；(2)工件曲面較為不規(guī)則，若采用傳統(tǒng)工藝方法，必須多次試驗(yàn)確定展開尺寸；(3)工件與以往制件不同，傳統(tǒng)檢測(cè)手段無法實(shí)現(xiàn)對(duì)工件外形曲面的檢測(cè)。工件成形分析(1)模型提取。建立此工件的三維模型，但其模型無參數(shù)與建模過程，無法直接使用，必須進(jìn)行提取（圖2），并確定圖3所示的合理的工件成形基準(zhǔn)，設(shè)置工件與基準(zhǔn)面的相對(duì)位置，為工件成形與檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。圖2模型提取后的曲面圖3設(shè)置合理的成形基準(zhǔn)(2)模型曲面曲率分析。從圖2中可以看出，直接從模型中無法看到曲面的具體形狀，因此利用提取后的三維模型，通過CATIA分析的曲率分析功能，對(duì)曲面曲率進(jìn)行初步分析。曲率分析云圖如圖4所示，由圖可知，工件待成形曲面在Y與Z兩個(gè)方向上均存在曲率變化，與以往加工過的單一方向曲率變化的工件有明顯不同。通過曲率分析，可以確定工件曲率變化的大致走向，在該類工件的變形加工中，必須利用曲率分析得到的結(jié)果，采用合理的成形方式，服務(wù)于加工過程，才能得到符合設(shè)計(jì)要求的合格工件。圖4曲面曲率分析(3)成形方法選擇。在成形方法的選擇上，車間一般的變形成形方法有折彎?rùn)C(jī)成形，壓力機(jī)整體成形以及三輥卷板機(jī)成形等，結(jié)合曲面分析的結(jié)果，可以判斷出大致的變形路線，考慮車間生產(chǎn)實(shí)際以及經(jīng)濟(jì)因素后，決定采用三輥卷板機(jī)成形與手工熱變形調(diào)整相結(jié)合的辦法，對(duì)工件進(jìn)行成形加工，加工示意圖如圖5所示，三輥卷板機(jī)兩動(dòng)輥驅(qū)動(dòng)著工件進(jìn)入卷板機(jī)，工件被定輥擠壓，通過不斷調(diào)整定輥位置，逐漸將板材在卷板機(jī)中形成Z方向的大致曲面形狀，而由于Y方向工件長(zhǎng)度較短，通過手工修形，比對(duì)檢測(cè)工具，進(jìn)一步調(diào)整Y方向曲面形狀，邊比對(duì)，邊修形，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖5三輥加工示意圖工件展開工件展開指的是通過計(jì)算將鈑金工件從設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為展開圖，也就是未經(jīng)變形的工件樣式，確定所需板材的形狀以及所需板材的大小，如果使用傳統(tǒng)的鈑金工件展開方法，一般通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，得出大致的展開尺寸，但是運(yùn)用傳統(tǒng)方法會(huì)帶來諸多問題：(1)經(jīng)驗(yàn)展開方式效率低，無法準(zhǔn)確計(jì)算展開尺寸，需要多次試驗(yàn)才能得到一個(gè)大致樣式，使物料和人工造成大量浪費(fèi)；(2)利用傳統(tǒng)方法，由于展開尺寸并不準(zhǔn)確，勢(shì)必要在工件邊緣留工藝余量，待成形結(jié)束后，再通過檢測(cè)工具，確定需要去除的多余材料。通常的切割手段包括手動(dòng)等離子以及氧乙炔手工火焰切割，使用手工切割手段，一方面增加了工件加工工時(shí)；另一方面手動(dòng)切割方法得到的切割斷面粗糙，如果切割面處有坡口或其他工藝結(jié)構(gòu)，變形后再加工，可能會(huì)為后工序的銑削或刨削加工帶來很大困難，或者因?yàn)槎ㄎ缓脱b卡問題，根本無法進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工。由此可以看出，傳統(tǒng)的展開方法不適用于這種不規(guī)則曲面鈑金工件的成形準(zhǔn)備，必須采用一種經(jīng)濟(jì)又準(zhǔn)確的方法，在展開下料階段，就準(zhǔn)確確定待成形工件的展開尺寸，才能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)要求?；谝陨戏治?，在CATIA中利用鈑金模塊GenerativeSheetMetalDesign中的Hopper功能，對(duì)提取出的曲面鈑金化后，對(duì)鈑金工件進(jìn)行展開，然后生成二維平面展開圖（圖6）。利用CATIA進(jìn)行的工件展開操作，速度快，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算得到的展開圖，精度高，展開操作簡(jiǎn)便，激光、等離子或數(shù)控火焰排料可直接運(yùn)用，經(jīng)過長(zhǎng)期的生產(chǎn)檢驗(yàn)，展開精度完全能夠符合工藝要求。圖6展開后的工件工件檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)這種不規(guī)則曲面工件，如果使用車間常用的樣板、鋼卷尺等檢測(cè)工具進(jìn)行檢測(cè)，難以滿足要求，必須設(shè)計(jì)制造一種用于檢測(cè)工件曲面是否符合三維模型的專用工裝。通過運(yùn)用CATIA關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的思路，以提取后的工件模型為工裝三維設(shè)計(jì)的骨架文件，考慮檢測(cè)精度、工裝重量以及經(jīng)濟(jì)性，利用四個(gè)位置的截面曲線作為檢測(cè)位置，激光切割出四個(gè)曲線樣板，焊接組成一個(gè)整體工裝，如圖7所示。將待檢測(cè)工件放置到圖7所示的檢測(cè)工裝上，根據(jù)工件與工裝之間的貼合度，判斷工件曲面是否與設(shè)計(jì)模型相符合。圖7檢測(cè)工裝模型結(jié)束語通過三維軟件對(duì)不規(guī)則形狀的鈑金工件