1.4.3 柔性卷板成形
卷板成形是一种依靠板料连续局部塑形变形完成零件制造的成形工艺，因具有易于实现机械化与自动化、高效率、成形质量高、能量利用率高、能实现绿色化生产等优点被广泛应用于造船、航空航天、锅炉、建筑等工业领域［57］。传统卷板成形只能成形母线为直线的零件，无法完成对三维曲面件的加工［58］。在此背景下，国内外的许多学者及企业针对使用卷板成形工艺成形三维曲面件进行了大量的研究。
20世纪80年代，为了解决船体外板三维曲面件的成形问题，山下勇等［59，60］研制了一种采用若干万向节相连形成具有一定挠度的辊状工具作为成形工具的装置，但是该装置仅能加工横向变形量很小的三维曲面件，而且表面质量不容易保证；在加工横向变形量较大的工件时，成形工具的扭矩很难传递。2008年，韩国学者Kim等［61］提出了一种渐进卷板成形工艺，并通过试验研究了双曲率工件的成形过程，其主要思想是采用六排工作辊实现三维曲面件成形，其中两排上辊为主动辊，四排下辊为从动辊，上辊可以根据实际成形需要进行垂直位移调整。后来，Shim等［62，63］提出了一种线阵列卷辊装置卷板成形工艺，并通过试验数据给出了复杂曲面的设计方程，装置图如图1.5所示。此外，Shim等［64］基于VC++使用迭代算法开发了目标曲面计算程序，并通过试验证实了该成形工艺的可行性。
柔性卷板成形是吉林大学无模成形技术开发中心提出的一种新型板料连续柔性成形工艺，是多点成形在卷板成形中的拓展，兼具多点成形的柔性化和卷板成形的高效率［65，66］。根据成形辊的构成方式可分为离散型柔性卷板成形和连续型柔性卷板成形。图1.6为离散型柔性卷板成形原理示意图。龚学鹏［67］开发了离散型柔性卷板样机，并对其关键机构进行了有限元分析；建立了离散型柔性卷板有限元模型，通过数值模拟研究了成形过程中的应力应变分布，同时分析了上辊压下量、材质及其厚度对成形结果的影响。
图1.5 线阵列卷辊装置(https://www.daowen.com)
图1.6 离散型柔性卷板成形原理
在使用离散型柔性卷板成形时，成形前需要手动调整离散压辊的初始位置，成形过程中离散压辊可能出现受外载荷影响而产生不规则偏转的现象，因此慢慢被连续型柔性卷板成形所取代。图1.7为连续型柔性卷板调形单元及成形过程示意图。成形前，通过调节调形单元的上下位移控制目标零件的横向曲率，通过调整调形机构的整体位移控制目标零件的纵向曲率，从而实现板料的三维曲面成形。与常用的自由曲面成形相比，柔性卷板成形具有无模、高柔性、高效率、装置结构简单、生产成本低等优点。胡志清等［68，69］分析了连续型柔性卷板成形原理，开发了成形装置，并进行了球形、鞍形与扭曲形曲面件的成形实验；通过数值模拟分析了板料厚度、滚压次数对成形结果的影响［70］。龚学鹏等提出了一种连续型柔性卷板成形有限元模型建立方式，即采用多个离散的刚性辊代替可弯曲柔性辊，通过数值模拟分析了板料材质［71］、摩擦系数及压下量［72］对成形结果的影响；同时研究了成形过程中的轧制力［73］、应力应变分布［74］，并分析了起皱原因及影响因素［75］。张家宇［76］通过数值模拟研究了连续型柔性卷板成形中的端部效应及改进方法。蔡中义等［77，78］开发了柔性卷板成形CAD软件。Cai等［79-81］对连续型柔性卷板成形中横向和纵向曲率的影响因素、工艺参数控制等进行了理论分析，并通过数值模拟对该工艺的成形精度进行了讨论。需要说明的是，柔性卷板成形时板料与柔性辊之间容易发生相对滑动，导致成形件表面划伤。
图1.7 连续型柔性卷板调形单元及成形过程示意图
