等厚度曲面的连续辊压成形方法

摘要

本发明提供一种由板料成形等厚度三维曲面零件的方法，属于金属塑性加工领域。板料经过凸(或凹)形工作辊的两道次辊压，成形出等厚度的三维曲面零件。第一道次辊压由一对辊形轮廓同为凸(或凹)的上、下工作辊完成，上下工作辊之间形成沿横向变间隙的平直辊缝，板料经过第一道次辊压后成为变厚度的预成形平板；第二道次辊压由一对辊形轮廓凹向相反的上下工作辊完成，上下工作辊之间形成沿横向等间隙的弧形辊缝，第一道次预成形的变厚度平板通过第二次辊压后成为等厚度的三维曲面零件。最终成形的三维曲面其纵向弯曲变形由第一道次辊压辊缝间隙的横向分布来控制，其横向弯曲变形由第二道次辊压弧形辊缝的轮廓形状来控制。

主权项

一种等厚度曲面的连续辊压成形方法，板料(1)经过凸或凹形工作辊的两道次连续辊压，成形出等厚度的三维曲面零件(2)，其特征在于，等厚度曲面的连续辊压成形方法的具体步骤如下：步骤1：提取待成形的三维曲面零件(2)的曲面，即待成形曲面的几何方程z＝S(x,y)，计算出待成形曲面的纵向曲率ρ_l(y)，提取出待成形曲面的横截面曲线g(x)；其中的x‑坐标轴与工作辊轴线方向，即横向一致，并沿着待成形曲面的一个主曲率方向；y‑坐标轴与板料的进给方向，即纵向一致，并沿着待成形件曲面的另一个主曲率方向；z‑坐标轴沿着待成形件曲面的高度方向；步骤2：根据待成形曲面的纵向曲率ρ_l(y)及横截面曲线g(x)，确定出用于第一道辊压成形的上工作辊Ⅰ(3)和下工作辊Ⅰ(4)的凹形轮廓，或上工作辊Ⅲ(10)和下工作辊Ⅲ(11)的凸形轮廓，决定第一道辊压成形上工作辊轮廓的上辊辊形曲面Ⅰ(5)或上辊辊形曲面Ⅲ(14)的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{y}_1^T=\{R-\frac{1}{2}[\frac{g\left(x^{*}\right)-g\left(x\right)}{{\rho }_l\left(y\right)}H+h\left]\right\}\sin \frac{y}{R}\\ z_1^T=(1-\cos \frac{y}{R})R+\frac{1}{2}[\frac{g\left(x^{*}\right)-g\left(x\right)}{{\rho }_l\left(y\right)}H+h]\cos \frac{y}{R}\end{array}\right.---\left(1\right)$决定第一道辊压成形的下工作辊轮廓的下辊辊形曲面Ⅰ(6)或下辊辊形曲面Ⅲ(15)的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{y}_1^B=\{R-\frac{1}{2}[\frac{g\left(x^{*}\right)-g\left(x\right)}{{\rho }_l\left(y\right)}H+h\left]\right\}\sin \frac{y}{R}\\ z_1^B=(\cos \frac{y}{R}-1)R-\frac{1}{2}[\frac{g\left(x^{*}\right)-g\left(x\right)}{{\rho }_l\left(y\right)}H+h]\cos \frac{y}{R}\end{array}\right.---\left(2\right)$其中与分别为第一道辊压成形时上工作辊的上辊辊形曲面Ⅰ(5)与下工作辊的下辊辊形曲面Ⅰ(6)，或上工作辊的上辊辊形曲面Ⅲ(14)与下工作辊的下辊辊形曲面Ⅲ(15)上一点的y‑坐标与z‑坐标；H为板料(1)的初始厚度，h为成形曲面零件(2)的厚度；R为工作辊的工作半径，即上下工作辊中心距的一半；g(x)为成形曲面在纵向坐标为y处的横截面曲线；当采用上工作辊Ⅰ(3)和下工作辊Ⅰ(4)成形纵曲率与横曲率同向的凸曲面零件时，g(x^*)为横截面曲线g(x)上的z‑坐标的最大值；当采用上工作辊Ⅲ(10)和下工作辊Ⅲ(11)成形纵曲率与横曲率反向的鞍曲面零件时，g(x^*)为横截面曲线g(x)上的z‑坐标的最小值；步骤3：根据公式(1)、(2)确定的辊形曲面来设计第一道辊压成形的上工作辊Ⅰ(3)与下工作辊I(4)，或上工作辊Ⅲ(10)与下工作辊Ⅲ(11)，使工作辊在转动过程中在上下辊之间形成沿横向平直的变间隙辊缝Ⅰ(12)或变间隙辊缝Ⅲ(13)，板料(1)经过第一道次辊压后成为变厚度的预成形平板(7)；步骤4：根据待成形曲面的横截面曲线g(x)，确定第二道辊压成形的上工作辊Ⅱ(8)与下工作辊Ⅱ(9)的凸、凹形轮廓；决定第二道辊压成形上工作辊轮廓的上辊辊形曲面Ⅱ(16)的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_2^T(x,y)=x-\frac{1}{2}h\sin \alpha \\ y_2^T(x,y)=[R-g\left(x\right)-\frac{1}{2}h\cos \alpha ]\sin \frac{y}{R}\\ z_2^T(x,y)=(1-\cos \frac{y}{R})R+[g\left(x\right)+\frac{1}{2}h\cos \alpha ]\cos \frac{y}{R}\end{array}\right.---\left(3\right)$决定第二道辊压成形下工作辊轮廓的下辊辊形曲面Ⅱ(17)的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_2^B(x,y)=x+\frac{1}{2}h\sin \alpha \\ y_2^B(x,y)=[R-g\left(x\right)+\frac{1}{2}h\cos \alpha ]\sin \frac{y}{R}\\ z_2^B(x,y)=(1-\cos \frac{y}{R})R+[g\left(x\right)-\frac{1}{2}h\cos \alpha ]\cos \frac{y}{R}\end{array}\right.---\left(4\right)$其中与分别为第二道辊压成形时上工作辊的上辊辊形曲面Ⅱ(16)与下工作辊的下辊辊形曲面Ⅱ(17)上一点的x‑坐标、y‑坐标及z‑坐标，α为横截面曲线g(x)的法向倾角，并且α＝arctg[dg(x)/dx]；步骤5：根据公式(3)、(4)确定的辊形曲面来设计第二道辊压成形的上工作辊Ⅱ(8)与下工作辊Ⅱ(9)，使工作辊在转动过程中在上下辊之间形成沿横向呈弧形的等间隙辊缝Ⅱ(18)，经过第一道辊压成形的变厚度的预成形平板(7)通过上工作辊Ⅱ(8)与下工作辊Ⅱ(9)的第二次辊压后成为等厚度的三维曲面零件(2)。