對(duì)單點(diǎn)漸進(jìn)成形的數(shù)值模擬工具路徑的定義作者：Kurra Suresh, Arman Khan, Srinivasa Prakash Regalla地址：印度海得拉巴研究所貝拉技術(shù)和科學(xué)學(xué)院海得拉巴校區(qū)機(jī)械工程系摘要漸進(jìn)成形技術(shù)對(duì)金屬板材成形和生物醫(yī)用植入物是很有前途的。它的整個(gè)過(guò)程都是計(jì)算機(jī)集成而且其中部分是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）加工制造機(jī)。這個(gè)過(guò)程使用一個(gè)球形端工具沖壓金屬材料制成所需的形狀。該工具的路徑由程序控制，利用計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件。數(shù)值仿真過(guò)程的工具在實(shí)驗(yàn)工作中必須遵循相同的路徑。但是，數(shù)值模擬軟件通常不接受直接使用CAM件生成的G代碼文件。在本文中的一個(gè)已經(jīng) 的 是 入具路徑 使用CAM軟件 生成數(shù)值， ABAQUS和LS-DYNA仿真軟件。對(duì) 的對(duì) 和 對(duì) 的形狀，這 的 已經(jīng) 用在MATLAB和LS DYNA。其 是的。：漸進(jìn)成形 具 數(shù)值模擬 。1. 單點(diǎn)漸進(jìn)成形是一 用 常 單的模具使金屬板成和定制定的部分成的currency1過(guò)程。在這過(guò)程中，金屬板其“，一個(gè)fi球形的fl工具所需的路徑 板路徑部。 的成currency1 單的工具在有”用的模具 和成形 是過(guò)程的有 的。而，它有一 點(diǎn)， ， 度 。 是 “ 板的 。 具直徑 度 進(jìn) 度 的 度 和 具路徑的一 漸進(jìn)成形 學(xué)的過(guò)程的要工 數(shù) 1 。工具路徑在 件的 度和 的 度分 要的作用 2 。 ， 的工具路徑的成對(duì) 漸進(jìn)成形 件的生是 常要。 件 度的其 是使用 工具 者在金屬板 使用部分 部模具。這個(gè)過(guò)程通常在文獻(xiàn)中 為兩點(diǎn)漸進(jìn)成形 1 。不同的步驟在漸進(jìn)成形中狀態(tài)部分 圖1所示。2.增量成形 具路徑策略工具路徑有顯著的是 度， 面粗糙度，加工和 度變化。 ， 具 的生成在漸進(jìn)成形（ISF）是一個(gè)要的步驟。三 不同的 在文獻(xiàn)中（i）已被用 為ISF生成各 的 具路徑并且商業(yè)使用計(jì)算機(jī)的 具路徑生成輔助制造（CAM）軟件，（ii） 具位置（CL）為基礎(chǔ)的 ，（iii） 具接觸（CC）為基礎(chǔ)的 3 。商業(yè)CAM軟件為加工 用 供不同的 具路徑。其中一個(gè) 具路徑是 合ISF 用 的 具路徑。在 的 具路徑， 具的作在一個(gè)平面開始直到它達(dá)到其初始點(diǎn)。 后它 指定的步驟 度垂直向。在到達(dá)一平面工具繼續(xù) 同一 向運(yùn)。這過(guò)程一直繼續(xù)去，直到完成形成。 的 具路徑可生”復(fù)雜的形狀，但它生的疤痕的面的一部分。這 疤痕可在要組成部分不被允許。 而，它可通過(guò) 到一 收斂的 面 形狀的“使疤痕最小化。 圖1 不同的步驟形成漸進(jìn)成形 件從觀點(diǎn)看，螺旋 具路徑是更 合ISF。這 螺旋 具路徑使 件 面減小疤痕并且生 細(xì)化。在螺旋 具路徑 具“前進(jìn)的同保持垂直 向逐漸螺旋前進(jìn)（ 度 向）。一個(gè)周期的一個(gè)點(diǎn)到對(duì) 點(diǎn)的距離是恒定的和等 步 度。在CAM軟件工具路徑僅僅對(duì)螺旋對(duì) 物體有效。為克服這個(gè)問(wèn)題Skjoedt et.等 4 一 ，將螺旋 具路徑和 具路徑分開 。這程序會(huì)生成具有”形狀的螺旋 具路徑的 具路徑。 剖面螺旋 具路徑， 圖2所示。 圖2.常見的路徑用 ISF（一） 的 具路徑 （b）螺旋 具路徑Jadhav 5 已觀察到的扭 和 弱部分用螺旋 具路徑的形成。為解決這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)雙向的 的 具路徑已 議。這個(gè)工具的路徑是與 的 具路徑相似的除在隨后的每一周期的工具的變化運(yùn)的 向有所不同。這最大限度地減少扭 和 具 所形成的組件的 度。 而，它可無(wú) 在” 的疤痕標(biāo)記到不要的地區(qū)。 還 雙向 的 具路徑與分式增量，這 并有 括商業(yè)CAM軟件 的。圖3.示 圖（a）雙向 具 （b）雙向 具路徑與分式增量 在雙向的 具路徑，行到一個(gè)周期前， 具完成一個(gè)周期和四分之一的 具路徑的周期是相加的。這 的工具，從一個(gè)周期變化到另一個(gè)周期的位置會(huì)發(fā)生變化，另外疤痕標(biāo)記在部分部分是不可見的。外，通過(guò)這 做，成形 分在“的并且夠 件的 度。雙向 具路徑和無(wú)分式增值是圖3所示。Blaga等 2 對(duì)ISF研究 的 具路徑的，螺旋 具路徑和 具的徑向 變路徑相對(duì)分，相對(duì)細(xì)化和 量。 們觀察到 變分和較的 變螺旋 具路徑遠(yuǎn)超其 具路徑值。在無(wú)”地 的峰和谷 與螺旋 具路徑更 。Silvia等 【6】觀察到在多級(jí)ISF中， 具的運(yùn)（向 向）對(duì)垂直的發(fā)聲 形件 度分和可行currency1的要。一 研究者 7 將 具路徑作為一個(gè)變量使 化的 具路徑變 。通過(guò)合 的 具 可 材料的成形currency1。Mohamed Azaouzi and Lebaal 8 用 面 和 序 有 模擬將螺旋 具路徑 化。 們的 的是要減少受到的工具在允許在部分細(xì)化的 。大多數(shù)的研究者使用漸進(jìn)成形的商業(yè)CAM軟件 的加工 具路徑研究增量成形。從STL文件看 ，為生 具路徑的具體增量3,9形成而做 的 。Rajiv Malhotra等 10 一 通過(guò) 到指定的所需的 度和指定的 貝度而減少形成的，最大的制 生成在對(duì) 和 對(duì) 的部分變步 度 螺旋 具路徑。Rauch等 11 一 成形 件的 度的 具路徑生成的 。這 的的過(guò)程數(shù) 的 具路徑的一部分的制造過(guò)程。工具路徑通過(guò)使用數(shù)控?cái)?shù) 進(jìn)行進(jìn)行 。這 保在漸進(jìn)成形度的 currency1。3. 對(duì)數(shù)值模擬得到的 入文件在數(shù)值模擬中的一 的金屬板材成形過(guò)程的不同步驟 圖4所示。同 的步驟 用 ISF的數(shù)值模擬。但與ISF 具路徑的定義 常復(fù)雜相 ，其它板材成形 作 單。在 的 拉沖壓工具路徑是一 的， 沖壓/工具的是同一個(gè) 向。在旋 的 具路徑將具有周期是 的 數(shù)的 ， 有對(duì) 的部分可通過(guò)這個(gè)過(guò)程。 而，增量成形是通過(guò)續(xù)三 運(yùn)形成的。通過(guò)不同的程序，在2中解生這 具路徑。工具路徑的位置生 ， 括工具中點(diǎn)的currency1（G01）和currency1（G02 / G03）。currency1可 “ “（G02（G03）。 工具是的直路徑，它被 示為G01隨后部分程序的 標(biāo)點(diǎn)。 工具是的形路徑，它被 示為G02 / G03 遵循 標(biāo)點(diǎn)標(biāo)和fi徑。 圖4.在成形過(guò)程有限 模擬的步驟通過(guò)用CAM軟件 不 在數(shù)值模擬軟件工具路徑 入生成的部分程序。數(shù)值仿真 具路徑 在的位置隨的定義，度與 加度與。在這一部分中 一 是將程序的一部分，在位置隨的數(shù) ， 供對(duì)漸進(jìn)成形過(guò)程數(shù)值模擬的 入文件。一個(gè)的數(shù)控程序的一部分， 圖5所示。圖5.一個(gè)的數(shù)控程序的一部分currency1currency1值fifl分 ，而currency1， 具中點(diǎn)必須通過(guò)旋 在中點(diǎn)的CAM軟件生成的，這似是不可分 到的工具。 在這研究中，循分為的允許 的currency1。工具路徑漸進(jìn)成形一 很，很 做到位置和計(jì)算。所在這研究中，使用通過(guò)使用CAM軟件生成的Python去生成 件程序 文件。這個(gè) 文件是NX5具有currency1值， 具的位置標(biāo)和fi徑。這個(gè) 文件作為 入到MATLAB的生成位置和數(shù) 。 NX5”行的一個(gè)一個(gè)的被MATLAB程序。 一個(gè) 的值行決定它是 是currency1值 是currency1的， “ “currency1。currency1currency1值距離D之的兩個(gè)點(diǎn)和 計(jì)算 程（1）（1）currency1，的中是由兩個(gè) 定的指 點(diǎn) 定的。在currency1 有X Y標(biāo) 兩者同變。Z標(biāo)保持不變的 ，這兩個(gè) 定的點(diǎn)，有兩 可的。一個(gè)對(duì) 的 “currency1和其 對(duì) “currency1。 ，中可 變化 義的currency1值 定。 ，在圖6所示（一）。有兩個(gè)具有相同的點(diǎn) 但相對(duì) 中，一個(gè)是 “和“。的續(xù)點(diǎn)用由 程 的 數(shù) 程計(jì)算（2）。（2） 圖7.該 入文件生成到CAE 程圖（x0，y0）是的中，r是的fi徑，i在“觀x的度，是增量計(jì)算式（3）和n是 fi許數(shù)。（ ） 圖6.（一）的示 圖顯示相同的端點(diǎn)和不同的兩個(gè)的中 （b）區(qū) f是x與點(diǎn)的。分度為直數(shù)的 是顯示在圖6（b）。每個(gè)的度可用計(jì)算 式（1）。的每是通過(guò)距離計(jì)算（D）工具的平 度（V）計(jì)算得 。圖7顯示在ISF中由CAM軟件生成的數(shù)值模擬 入文件生成的使用部分程序程圖。4. 與 個(gè)不同的形狀被用 所 的 的實(shí) 。 一個(gè)是，平 的 面部分（金 ），個(gè)是 面的一部分（ ）， 三個(gè)部分的 面和平面 面和 四個(gè) 對(duì) 。對(duì)進(jìn)行，從而驗(yàn) 各 圖形的 。不同 件的形狀，生的 具路徑圖8和圖9分 顯示。圖8。用 所 的 的形狀（一）金 ，（b） ，（C）部分與 面和平面的對(duì) 部分的形狀，（D）。圖9。示 圖（a） 具 （b）使用 議的 生成 具路徑。4.1通過(guò)數(shù)值模擬 通過(guò)所生的的 和MATLAB的開發(fā)實(shí) 的位置隨變化的數(shù) 的工具是作為 入 定的LS DYNA軟件模擬金屬板料漸進(jìn)成形。 的定義是一個(gè)變形體和 單 。沖fl被定義為一個(gè)currency1體和狀 。 是其“的 定。兩個(gè) 圖8所示（C）和8（D）的數(shù)值模擬。變形形狀的模擬在LS DYNA中的模擬圖示 圖10（a）和10（b）分 。顯而fl見的，從圖10數(shù)值的工具路徑的定義 前的仿真很成。 圖10。變形形狀的示 圖（a） 對(duì) 的部分 （b）部分與 面和平面的 面。4.2.實(shí)驗(yàn)工作為對(duì)使用CAM軟件生成的 件程序驗(yàn) ，圖8所示進(jìn)行（d）在 的基礎(chǔ)對(duì)數(shù)控進(jìn)行漸進(jìn)成形實(shí)驗(yàn)。圖11（a）顯示實(shí)驗(yàn)置，11（b）顯示fi球fl工具和11（c）顯示的組成部分。超 沖（EDD）250 mmx250 mmx1 大小保持在具 圖11(a)所示的 。圖11(b) 示 一個(gè)fi球形的fl工具直徑為10 。該工具是用EN 36 通過(guò)60HRC 。 具在數(shù)控工作 。沖fl 隨指定的路徑對(duì)每部分程序和變形的材的漸進(jìn)，直到達(dá)到最 度。對(duì)成形 后得到的部分的形狀顯示在圖11（c）。圖11。（一）具示 圖 （b）形成的工具，用 數(shù)控ISF （C）的組成部分。5. 從圖9和10，顯而fl見的是，所 的 可通過(guò) 直接從數(shù)控程序直接生成合要 的 具路徑的數(shù)值模擬。程序的是用不同的數(shù)值仿真驗(yàn) 軟件 的形狀，LS DYNA通過(guò)實(shí)增量成形實(shí)驗(yàn)。在所有的 ，所 的 夠生 的并對(duì) 度要 的 具路徑的定義。文獻(xiàn)1 Jeswiet, J., Micari, F., Hirt, G., Bramley, A., Duflou, J., & Allwood, J. 2005. 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