目前市場上常見的曲面鋁單板成形方式大致有以下幾種:普通三軸棍轉板成形、三軸輥轉板結合傳統手工鈑金成形、以直代曲簡化成形、胎膜拉伸成形、機械金屬模一次性沖壓成形、利用多點成形壓力機成形、柔性輥壓三維成形、現場成形等等。
現就以上各種曲面鋁板成形方式的特點分別做一概述。
一、 普通三軸輥轉板成形
三軸輥轉板成形是目前最常見的金屬曲面板成形方式。是在傳統的單片折彎的基礎上發展而來的,其主要特點是可連續自動化生產,輥彎半徑可調。特別適用于曲面曲率固定,批量大的產品。其成形精度容易控制。主要的不足是,對于曲率變化的,數量大、批量小的金屬板,無法滿足實際生產要求。
普通三軸輥轉板成形工作原理見圖1。
在此基礎上,對三軸輥壓機稍作優化,適當改變輥壓軸的形狀和相對位置關系,可以實現半徑變化的單曲面板的輥壓。但是改進后的三軸輥,亦無法實現多曲率小批量的金屬板輥彎成形。鑒于目前三軸輥彎成形工藝已相當成熟,在此就不做深入剖析。
二、三軸輥轉板結合傳統手工鈑金成形
目前此成形方式主要應用于批量很小,造型復雜的金屬板材。由于開模費用高,這樣的板材,一般采用三軸輥卷板與手工鈑金結合的成形方式。單件板材,曲率變化較多,又無法達到一定的批量,如果僅靠傳統三軸輥的方式是無法實現成形的效果的。一般都是首先利用特制的三軸輥,三軸輥的一個輥軸采用非規則的凸起橢圓形狀,另一個輥軸為凹面。板材進入三軸輥轉板機后,能輥壓出近似的弧面。然后,將半成品板材放在預先制作的靠模(如圖2)上進行比對,對于誤差比較大的地方,由工藝嫻熟的鈑金工,以塑料槌手工敲打,使得金屬面板逐步形成所需的曲面效果。然后繼續往靠模上靠,進行比對,重復進行此項工作,直到板材曲面與靠模完好貼合為止。這種手工鈑金成形的方式,需要在過程中,多次將成形的板材放到預先做好的靠模上去比對,當成形件與靠模完美貼合后,即達到理想的效果。圖(2)所示為北京銀河SOHO多曲鋁板樣品制作所需的靠模。
值得注意的是,此靠模的制作精度很重要,一般都是直接從3D模型中提取所需曲面上各點的參數,利用數控機床,切割 出不同曲面的鋁板,作為立筋,拼接出如圖2所示的“小方格”,此“小方格”排布越密,則靠模精度越高。
此成形方式的優點是:如果所需產品數量少、尺寸不大、曲面復雜,則可以靈活實現所需效果,操控性強。
缺點:耗時,速度慢,制作費用高,成形的板材板幅不宜過大。如果板材面積越大,成形后板材表面凸凹不平的現象會越嚴重。
比如北京銀河SOHO連橋多曲面鋁板幕墻,沿鋁板弧面任何方向剖切出來的鋁板輪廓線,均為樣條曲線。在樣板制作階段,也采用了先利用三軸輥輥彎,然后采用手工鈑金成形的方式。由于曲面鋁板板幅較大,雖然鈑金工人手藝嫻熟,但是成形完成,鋁板上墻后,近距離明顯可以觀察到鋁板表面的凸凹“波紋”。如果在鋁板噴涂后再進行觀察,此“波紋”現象將更加明顯。附圖3、4為銀河SOHO采用此方式制作的實際曲面樣墻(鋁板面未噴涂)。圖3為第一次成形的樣件,圖4為將板幅改小,將靠模的“小分割”加密后的效果,很明顯,當分格適當減小,靠模精度提高時,成形效果更理想。
三、以直代曲簡化方式成形
單一的圓弧形狀比較好處理,利用三輥機就能直接實現。而雙曲面、球形是二維、三維成弧,由于三輥機只能一維成弧,所以就不能利用三輥機直接加工成形,要加工雙曲面、球面形狀鋁板就只能開模,用模具成形,但模具成形成本較高,周期較長,若無特殊需要,本著降低成本,縮短工期的要求,在不影響裝飾效果的基礎上,就需要進行簡化設計,運用簡化方法可以達到這一目的。
對于有些二維雙曲面造型鋁板,也可以采用以直代曲的簡化方法處理,可以將之細分成很多一維弧形鋁板,即在一個方向上保持原來的弧形不變,在另一個方向上用很多的直線代替原來的弧形。
有些時候,裝飾效果上可以允許折線段的存在,即在整個雙曲面造型上允許一個方向上有很明顯的直線段。在弦高越小的情況下,直線就越接近弧線,以直代曲加工出來的雙曲面鋁板就比較順滑。一般來說,根據所需裝飾效果的實際情況,視覺上感覺不到很明顯的直線組合就可以了。比如,一般可以考慮長弧形方向弦高4mm為界,在弦高小于等于4mm時,采用用直線代替弧線以簡化雙曲面造型的設計加工。將所有分段的折線鋁板在工廠焊接拼接起來,表面打磨圓滑后,再進行噴涂等各項工序。圖5為某工程雙曲鋁板采取以直待曲方式的制作的過程樣品。(表面未處理)
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