柔性模具成形关键技术分析

弘超

柔性模具成形关键技术分析

柔性模具成形的关键技术分析如下所示：

（1）柔性模成形机理。研究柔性模成形过程中应力、应变的分布及工件的变形规律和压痕、皱纹、直边效应等成形缺陷及回弹的影响因素；建立成形极限的预测及回弹的计算模型，从而为工艺方案确定、回弹补偿、成形力计算以及冲头与板材的接触点计算、冲头位移行程计算等工艺参数优化问题提供理论基础。

（2）成形件形状控制技术。目前，柔性模具金属板料成形形状控制的难题是缺乏成形过程中可测量的量。Rzepniewski采用重复控制技术[13]解决柔性模拉形中的多变量控制问题，属于离散时间控制和迭代学习控制，适合于多变量输入和输出的控制问题。在实际生产过程中，成形零件的形状采用光学非接触测量，根据测量结果调整模具型面，需要多次重复，才能最终补偿零件的回弹，达到准确成形。另一种方法是通过成形件形状回弹补偿技术，建立单元体端面位置调整模型，计算离散模包络面修正值以补偿零件回弹，从而获得准确的成形零件曲面。在实际生产过程中，首先进行形状相近的模具型面的实验；其次利用初始模具形状和回弹后零件形状，通过模具形状预测数学模型计算得出回弹补偿的模具型面。

（3）多点模具型面修正和调整技术。对于复杂曲面，需要建立离散模包络面修正算法，并准确描述回弹修正后的包络面形状，以便为多点模具基本单元体位置的调整提供准确的数据。另外快速准确地调整多点模具基本单元体的位置涉及基本单元体结构、位置检测、调整装置电机或液压驱动的闭环控制过程。如果每一个基本单元体都配一套伺服控制系统，在实际生产中成本较高，而使其难以推广，需要采用特殊的结构，运用逐次调整的方式，一次调整有限数量的基本单元体，兼顾效率和成本。Edwin等[14]运用蜗杆机构和电控离合技术对基本单元体进行调整，一套电机可以调整两行基本单元体，在这方面北京航空制造工程研究所采用类似的调型驱动机构，减少了驱动电机的数量，而基本单元体的调整效率没有受到影响。因此，需要设计开发与多点模具独立的专用调整驱动装置，以实现多点模具型面的快速调整。

（4）柔性模具成形过程数值模拟技术。克服软模变形导致的网格畸变，建立精确的板材/软模界面摩擦模型，建立包含软模变形的耦合加载和两种不同材料耦合变形过程求解方法，提高多点模具大量接触判断计算效率和回弹计算准确度是柔性模具成形过程数值模拟技术发展的关键。

（5）可重构模具模块接口技术。可重构模具模块接口的划分和设计非常关键，包括可重构的离散模基本体结构的设计方法，以最大限度地适应多种材料的成形。例如，对于型材拉弯成形，由于拉弯零件截面形状复杂，因此，研究离散模基本体端面的结构形式，使其适应拉弯零件截面的变化，是今后柔性拉弯成形技术研究的关键。对于软模成形，设计开发可通用的模座、容框等模块，通过替换与零件形状紧密相关的模具型面，实现模具的可重构。

（6）成形过程优化技术。研究建立优化变形道次、中间形状及加载路径的优化模型及优化方法，使材料变形均匀，提高工件的成形极限。