【摘要】：針對數(shù)控漸進成形中鼓包的問題,提出了基于STL(Sterolithography)模型的等高線輪廓掃描、等高線輪廓與底面掃描、各等高層由外向內(nèi)全掃描和各等高層由內(nèi)向外全掃描4種擠壓工具掃描運動軌跡類型,并給出了基于STL模型頂點偏置算法和多邊形邊偏置算法的各類型擠壓運動軌跡生成方法;同時,采用有限元分析軟件對這4種掃描運動軌跡的數(shù)控漸進成形效果進行了數(shù)字模擬仿真分析。研究結果表明,采用各等高層由內(nèi)向外全掃描的軌跡進行數(shù)控漸進成形時不發(fā)生鼓包現(xiàn)象,并且能夠減少制件的整體厚度差。
【圖文】：

，還沒有從成形軌跡規(guī)劃和擠壓順序的角度研究金屬流動、鼓包等問題。針對上述問題，本文提出一種面向數(shù)控漸進成形鼓包問題的成形軌跡生成和規(guī)劃方法，并通過數(shù)字模擬分析了不同類型成形軌跡對成形質量的影響。1成形軌跡規(guī)劃本文提出4種軌跡類型及其規(guī)劃方法，分別是等高線輪廓掃描軌跡、等高線輪廓與底面掃描軌跡、各等高層由外向內(nèi)全掃描軌跡和各等高層由內(nèi)向外全掃描軌跡。在上述成形軌跡的驅動下，擠壓工具可以有如下幾種擠壓運動方式:第1種是按照由上而下的順序依次在各等高線層圍繞模型輪廓進行掃描運動，如圖1a所示;第2種是按照由上而下的順序依次在各等高線層圍繞模型輪廓進行掃描運動之后，再沿著模型底部等高線軌跡的偏置軌跡按照由外向內(nèi)的順序進行底面掃描運動，如圖1b所示;第3種和第4種是在各等高線層除了圍繞模型輪廓進行掃描運動外，，還根據(jù)由各等高層輪廓軌跡向模型內(nèi)部偏置而形成的掃描軌跡在各等高層對位于模型內(nèi)部的板材進行擠壓運動，其中第3種是擠壓工具由外向內(nèi)的順序對整個板材進行全掃描，如圖1c所示，第4種是擠壓工具由內(nèi)向外的順序對整個板材進行全掃描，如圖1d所示。圖1成形軌跡規(guī)劃(a)等高線輪廓掃描軌跡(b)等高線輪廓與底面掃描軌跡(c)各等高層由外向內(nèi)全掃描軌跡(d)各等高層由內(nèi)向外全掃描軌跡Fig.1Formingpathplanning(a)Contouroutlinescanningpath(b)Contouroutlineandundersidescanningpath(c)Fullscanningpathfromoutsidetoinsidebyeachcontourlayer(d)Fullscanningpathfrominsidetooutsidebyeachcontourlayer2成形軌跡生成本文提出的基于STL模型的上述4種類型軌跡的生成方法如下。(1)采用QuXiuzhi等［8］的頂點偏置方法，將STL模型等距偏置擠壓工具半徑大小距離得到等距偏置模型后

的間隙;如果多邊形相鄰邊的夾角小于180°，則要對偏置邊進行求交運算來去除因偏置而使兩相鄰邊與邊發(fā)生交叉產(chǎn)生的多余部分。對于圖2a所示多邊形，邊AB與邊BC的夾角θ1＞180°，因此，對它們進行偏置一個距離d后，延長兩偏置邊求交，而其他的相鄰邊夾角都小于180°，因此偏置后修剪它們偏置邊的交叉部位。②其次，當多邊形任意邊的長度小于偏置距離時，偏置后很可能出現(xiàn)與相鄰邊的偏置邊沒有交點的情況，因此，本算法在對多邊形進行偏置之前，需判斷每條邊是否不小于偏置距離，小于偏置距離的邊將不參加偏置。如圖2b所示，邊1長度小于偏置距離，邊1偏置后與相鄰偏置邊無交點，因此刪除偏置邊1'，同理圖2c中的邊2和邊3也不參加偏置。③最后，按照上述方法，對多邊形進行由外向內(nèi)的偏置得到一系列偏置多邊形，直至出現(xiàn)相鄰偏置邊不相交為止。圖2多邊形偏置(a)相鄰邊夾角大于180°(b)邊的修剪(c)邊長度小于偏置距離Fig.2Polygonoffset(a)Angleofadjacentedgesismorethan180°(b)Trimmededges(c)Edgelengthislessthanoffsetdistance(3)按如上所述方法，對每層等高線都向模型內(nèi)部偏置就可得到第3種和第4種軌跡類型。本文提出的算法在Windows7環(huán)境下、通過VisualC++平臺和OpenGL圖形庫編程實現(xiàn)。為驗證上述算法的可行性，以圖3所示的圓臺形板材件為研究對象，給出了算法應用實例。圖4為擠壓工具半徑為3mm時圓臺形板材件模型的偏置模型。圖5是等高線層間距和各等高層上的水平偏置距離均為1mm時所生成的各軌跡類型。圖3STL模型Fig.3STLmodel圖4模型偏置Fig.4Modeloffset3基于數(shù)字模擬的成形軌跡對成形質量的影響分析為考察上述4種軌跡類型對成形質量的影響，采用ANSYS/LS-DYNA軟件，對圖4所示的板材件的數(shù)控漸近成形

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