基于多点柔性压弯的异形曲面中厚板加工.pdf
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1、20239Building Construction1768基于多点柔性压弯的异形曲面中厚板加工刘 颖 雷 红 丁一峰上海建工(江苏)钢结构有限公司 上海 226116摘要:传统意义上的多点柔性压弯加工,对于薄壁零件而言,往往是采用整体冲压模具一次成形,但每一种零件需要用到数套模具,且模具费用昂贵,一般只能用于大规模批量生产制作当中;对于数量少、尺寸较大的零件只能采用手工锤击方法,一般需要经过成百上千次的锤打,然后利用木模反复检测修正才能完成,成形质量差、生产效率低,劳动强度大。对于中厚板(530 mm),由于变形程度比较小,提出采用多点柔性压弯成形方法加工,实现无模成形,改善被成形件变形条件
2、,适合多品种小批量生产,所加工零件尺寸越大,优越性越突出。关键词:异形曲面;中厚板;多点柔性压弯;无模成形中图分类号:TU755 文献标志码:A 文章编号:1004-1001(2023)09-1768-04 DOI:10.14144/ki.jzsg.2023.09.011Machining of Medium-thick Plate with Special-shaped Surface Based on Multi-point Flexible BendingLIU Ying LEI Hong DING YifengShanghai Steel Structure Construction(
3、Jiangsu)Co.,Ltd.,Shanghai 226116,ChinaAbstract:The traditional multi-point flexible bending process,for thin-walled parts,often uses an integral stamping mold to form at one time,but each part needs several sets of molds,and the die cost is expensive,generally can only be used for large-scale mass p
4、roduction;For the parts with small quantity and large size,only the manual hammering method can be used,which generally requires hundreds of times of hammering,and then the repeated detection and correction of the wooden mold can be completed,resulting in poor forming quality,low production efficien
5、cy and high labor intensity.For the medium-thick plate(5 30 mm),because the deformation degree is relatively small,the multi-point flexible bending forming method is proposed to realize mold-less forming and improve the deformation conditions of the formed parts,which is suitable for multi-variety a
6、nd small batch production,and the larger the size of the processed parts,the more prominent advantages.Keywords:special-shaped surface;medium-thick plate;multi-point flexible bending;mold-less forming双曲板QP-17双曲板QP-99双曲板QP-100旋转坡道双曲板QP-111拉杆图1 双曲板分布区域及连接情况 双曲板QP-99双曲板QP-17双曲板QP-100双曲板QP-111图2 各双曲板三维模
7、型15 mm)。以双曲板QP-111为例,通过计算机三维模型放样1 工程概况及双曲板结构特点上海博物馆东馆新建工程项目总建筑面积约10.5万 m2,是上海博物馆的2倍多,建筑高度近45 m,拥有地上建筑6层,地下2层,属于钢框架体系。整体呈矩形体块,造型简洁挺拔。本项目共有4块各自异形无规律的双向扭曲外形状态的双曲板,旋转坡道通过拉杆连接周围立柱及桁架(图1、图2)。在拉杆端头设置卡槽,双曲板板厚为30 mm,材质为Q345B,每块双曲板展开后尺寸约1.9 m长,0.51.0 m宽,每块双曲板靠近一侧长直边150 mm处分布8个73 mm的销轴孔,每个销轴孔通过71 mm的销轴与1根拉杆锁夹连
8、接,拉杆锁夹卡着双曲板(图3),两侧活动间隙30 mm(每侧作者简介:刘 颖(1983),男,本科,工程师。通信地址:江苏省南通市海门区深圳路996号(226116)。电子邮箱:收稿日期:2023-05-25结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION建筑施工第45卷第9期1769可知销轴孔分布规律为:8个销轴孔中心连线为直线,此连线均垂直于销轴及拉杆连接方向,销轴孔距离双曲板一侧板边缘尺寸均相等,而中间区域的销轴孔间距也保持基本相同。单个销轴孔与拉杆方向保持垂直关系。图3 双曲板与卡槽连接2 双曲板多点柔性压弯加工如前所述,由于此项目双曲板板厚为30 mm,已经属于中厚板范围,变形程
9、度比较小,所以比较适合采用多点柔性压弯成形加工方法。就上海博物馆东馆扩建项目而言,从项目前期策划论证、过程跟踪到最终总结验收,双曲板多点柔性压弯加工工序流程总共经历了以下几个 阶段。2.1 建模及出图双曲板初步制作思路是1-7:首先通过Tekla软件完成初始建模,但由于Tekla软件针对异形弯扭构件建模效果并不好,不能完整表达曲面平滑过渡效果,其所建模形成的曲面事实上是通过若干个局部三角平面以折代曲方式(图3)拟合形成的,以双曲板QP-100为例,利用Tekla软件输出三维CAD软件功能将该模型导成拟合曲面后,在CAD软件中完成二次实体建模,最后借助CAD功能将各个以折代曲的三角平面展开成为完
10、整平面(图4),平面边缘补充好相应的加工余量后用于后续零件材料下料,拟合曲面的各相邻三角平面夹角实际上是相邻2个三角平面的法线形成的角度,也是实际压弯所需要达到的弯折角度。采用油压设备对此双曲板进行分段折弯,实际实体加工效果见图5,可知该双曲板整体外观质量差,曲面过渡效果十分生硬,整体尺寸以及形成的拟合角度均得不到保证。究其原因,主要是各相邻三角平面理论夹角值范围基本在170180,而每个三角平面宽度又比较小,QP-100双曲板余量加设示意(折痕加粗显示)6010150R170A526467BDFHJ218266 288200522473292288216137cEGK宽度余量长度余量长度余量
11、150R11 图4 以折代曲三角 图5 采用以折代曲拟合 平面展开 加工实体效果考虑到此类碳素结构钢材料回弹系数及延伸性能因素,实际上无法达到理想要求效果。因此,需要立即改变思路,从双曲板多点柔性压弯方向去取得突破。将双曲板改为犀牛(Rhinoceros)软件重新建模,该软件针对异形弯扭构件建模效果好,能够精确表达曲面平滑过渡效果,不存在需要以折代曲拟合曲面的情况,最重要的是适合多重曲面组合转换且能够一步到位摊平展开,直接用于零件数控下料,是实现双曲板多点柔性压弯加工工序的最优解。2.2 展开放样下料如图6所示,利用犀牛(Rhinoceros)软件以板材中性层面为基准展开放样,针对其中有槽口的
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