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曲面鋁板幕墻成形技術淺析

來源:2013年會論文集  作者:胡忠明 吳明君  日期:2013-4-10
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  【摘要】隨著生產力水平的不斷提高及制造業的飛速發展,市場對異形曲面金屬板產品的需求也在快速增長。在世界各大城市,紛紛涌現出各種造型復雜、視覺沖擊力極強的多維曲面金屬板幕墻,這些幕墻都需要使用大量的金屬材質的三維曲面板件。因此,對曲面金屬板的需求會越來越大。復雜金屬曲面板的成形工藝也就顯得尤為重要,本文主要結合典型案例,對目前市場上常見的各種曲面鋁板成形工藝進行簡要分析。重點論述了曲面鋁板的各種成形工藝的原理、特點及主要適用范圍。對復雜曲面金屬板材的加工方式起到拋磚引玉的作用。
  【關鍵詞】 異形曲面、三軸輥、多曲面鋁板、樣條曲線、多點拉形、多點對壓成形、胎膜、現場成形

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  一般來說,采用以直代曲的方式,鋁板成形大多采用了小段拼焊的方式,成形后,鋁板表面需打磨光滑,焊縫處平滑過渡,這樣噴涂后,鋁板外視面才會流暢、視覺效果才不至受到影響。而這種鋁板成形方式,適合于同曲率、批量產品的制作,如果數量大而品種多,實際拼接制作過程將十分繁雜。成本也將很高。

  四、胎膜拉伸成形
  目前市場上常見的雙曲面金屬板大多采用此方式成形。胎膜拉伸成形又分為兩種方式,一種為固定的整體拉形胎膜(如圖6),另一種為可變多點拉形胎膜(如圖7)。

  常規的固定整體拉形模,特別適用于大批量產品生產。一次性制作胎膜,可以實現批量生產。金屬面板拉壓到一定程度,與胎膜表面完全吻合,待內應力消除后,裁除殘缺邊角,即可得到設計所需的曲面板材。此成形方式缺點是不易實現小批量、多種類的異形板成形,否則開模費用極高。

  而多點拉形模,將傳統的整體拉形模具離散成規則排列的基本體矩陣,形成數字化控制的多點模具。調整基本體的高度,構造出不同型面的拉形模具,與拉形機配套,進行不同形狀蒙皮的數字化拉形。

  多點拉形技術的特點:1、模具型面由離散的點構成,這些點的位置可調。2、用離散點取代連續的模具型面,會帶來局部形狀的誤差,可以用加彈性墊的方法進行彌補(如圖8)。  3、多點拉形模具具有柔性特點,根據不同零件的特點可以進行靈活調整,實現不同零件的需要。4、采用多點模具,可以省去大批的模具費用。5、適合單件、小批量鈑金件的生產。6、避免手工方法中成形質量無法控制、生產效率低、勞動強度大的不足。

  而多點拉形模具,成本價格比較高。模具制作費用高,但可以實現任何曲面效果的模具調節組合,組合出不同的曲面,反復利用。

  五、機械金屬模一次性沖壓成形

  金屬模一次性沖壓成形。這是傳統的金屬板材成形方式。特別適用于日常生活中常見的金屬品小件。廣泛應用于各五金模具廠家。金屬模具一般分固定模(下模)和活動模(上模),參見圖9、圖10。根據成形板材的最終成形面的性質,預先制作出金屬上模和下模,一般下模固定,把需要成形的板材放入固定模,上模(活動模)通過液壓驅動,快速沖壓板材,從而一次性把板材沖壓出所需要的形狀。

  這種機械金屬模特別適用于大批量的金屬板材成形。一次性制作好模具,可以實現大批量生產。因模具制作周期和費用的限制,不適合于小批量異形件成形。

  根據機械金屬模成形原理,可以改進出多點沖壓的模具技術,如圖11所示。將上下金屬模變化為若干桿狀金屬矩陣,每個矩陣單體均可以上下調節,這樣可以根據所需要的成形面形狀,調整模具形狀。待調整到需要的模具后,固定好上下模,一般通過液壓驅動,沖壓成形。(參見圖11示意圖)

  六、利用多點成形壓力機成形
  所謂多點成形,即將傳統的整體沖壓模具離散為規則排列的若干基本體矩陣,形成了多點式、數字化控制的模具。每個基本體均由計算機自動控制,可以根據需要調整基本體的高度,從而構造出不同成形面的模具。

  根據所需生產的零件的曲面形狀,可以預先將設計的零件曲面參數(一般直接輸入模型)輸入計算機控制系統,由計算機自動控制,調整沖壓模的各基本體的高度,達到成形零件的理想模具的形面。然后,只要啟動壓力機,瞬間就可以沖壓出精確曲面的產品零件。圖12所示為某公司用于艦艇外殼板成形的多點沖壓模的基本體。又如,圖13、圖14所示為某公司用于生產高速列車車頭外殼的多點成形模具設備。圖15所示為用于人腦頭顱骨修復所需的鈦合金產品生產所需的模具。由此可見,利用多點對壓成形技術時,只要能將設計出來的金屬曲面數字化模型參數輸入計算機,通過計算機自動調整沖壓模的各基本單元體,就能實現各種復雜曲面金屬板的一次性快速沖壓成形。

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