專利名稱：基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于板料成形技術(shù)，尤其涉及板料的軟?；驘o模柔性成形方法，具體涉及一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置及方法。
背景技術(shù)：
板材成形技術(shù)廣泛地應(yīng)用在汽車、電器、船舶、航空航天、兵器等國民經(jīng)濟部門。隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展和地球環(huán)境的變化，傳統(tǒng)的制造技術(shù)受到挑戰(zhàn)，如何低成本、快速而高質(zhì)量地加工出滿足市場需求的產(chǎn)品決定著在國際經(jīng)濟競爭中的成敗。為此，板材加工領(lǐng)域中適應(yīng)市場變化性強的柔性加工技術(shù)以及對沖壓加工過程進行實時控制以期達到最佳成形效果的智能化加工技術(shù)倍受注目。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對板材件幾何形狀、尺寸精度、表面質(zhì)量提出了新的要求，特別是在航空、航天等軍工領(lǐng)域。由于這些領(lǐng)域的特殊性，工件形狀的復(fù)雜程度更高，對表面質(zhì)量、精度要求更嚴，同時越來越多的高強度難加工材料也開始大批應(yīng)用，傳統(tǒng)的板料成形技術(shù)已不能滿足這些要求，必須發(fā)展新的先進的板材沖壓技術(shù)。
在沖壓生產(chǎn)中，各種三維板類件的曲面造型通常都離不開模具，而且每一個零部件的曲面造型都需要一套或數(shù)套模具。為了設(shè)計、制造與調(diào)試這些模具，需消耗大量的人力、物力與時間。尤其在多品種、小批量的大型板類件生產(chǎn)中，往往受到費用與時間的限制，至今不得不采用落后的手工成形生產(chǎn)方式。隨著科學(xué)技術(shù)與生活水平的逐步提高，工業(yè)制品的品種越來越多，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，對模具的需求在急劇增加，同時也迫切需要出現(xiàn)新的生產(chǎn)方式。如中國專利99800087.6“板材無模成形裝置”公開了一種由底座、固定加壓機構(gòu)，板材夾持和壓緊機構(gòu)的工具組，多個數(shù)控型驅(qū)動裝置等組成的板材無模成型的裝置，其在整體一上能沿著三根軸線方向移動，具有平面形狀與要成形的制品的底面輪廓一致的、位置固定的頂板模具。其采用硬模傳力，難以發(fā)揮材料的最大成形極限，存在表面容易產(chǎn)生裂紋，工件表面質(zhì)量得不到的保證的問題。中國專利00115996.8“板材數(shù)控?zé)o模成型加工機”公開了一種由框架式機身、工作平臺、板材夾持支撐機構(gòu)、雙絲杠驅(qū)動傳動系統(tǒng)等組成的裝置，為銑削加工或切割成型技術(shù)，其不能對板材進行變形加工。
針對以上問題，國內(nèi)外開展了如下方面的研究
1.充液拉深。充液拉深方法指凸模將毛坯直接拉入充滿液體的液壓室兼凹模的型腔內(nèi)，此時由于產(chǎn)生與凸模運動方向相反的對向液壓而使毛坯成形為預(yù)期形狀的一種沖壓方法。充液拉深技術(shù)由于具有摩擦保持效果、流體潤滑效果、形成軟拉深筋等特點，從而有效地預(yù)防了板料在拉深過程中產(chǎn)生斷裂及起皺等缺陷。具有提高板料的成形極限，凹模制作簡單及成形件壁厚分布均勻等優(yōu)點，因此在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
雖然充液拉深具有很多優(yōu)點，但也存在一些困難，首先需有裝在模具之外的控液系統(tǒng)；其次需根據(jù)板料強度及零件的復(fù)雜程度來控制油壓，而油壓由于泄漏等問題較難控制，當(dāng)成形失敗時，油液飛濺，污染環(huán)境，危及操作人員；此外，零件表面粘附的油液使操作不便或需增加去油工序。
2.橡膠軟模成形。以固態(tài)彈性體作為傳力介質(zhì)的板料成形工藝出現(xiàn)于1930年后期，使用橡膠和聚氮醋這類固態(tài)彈性體作為傳力介質(zhì)的軟膜成形工藝與傳統(tǒng)剛模成形工藝相比，具有一些明顯的優(yōu)點。如無需制造一對配合的凸凹模，而只需制造一個凸?；虬寄?；傳力介質(zhì)可以反復(fù)利用來成形各種不同的零件；工作表面不會劃傷等。但該工藝也有明顯的不足，由于彈性體傳力介質(zhì)自身的變形程度限制了形狀復(fù)雜零件的成形及深拉延，而且由于彈性體自身的彈性變形較大而難以使板料高精度按凹模的形狀成形，即貼模性差，當(dāng)變形程度較大時，板料容易起皺或破裂。
3.粘介質(zhì)成形。在粘性壓力成形工藝中采用半固態(tài)的粘性物質(zhì)作為傳力介質(zhì)，該介質(zhì)粘度很大，具有很強的滲透力，有油感，不粘附，不干枯，彈性極好，高壓時自身體積壓縮明顯，并且對拉伸應(yīng)變速率非常敏感。在板料兩面通過介質(zhì)同時施加正壓或背壓，可以在模具型腔中形成非等靜壓場，進而在板料表面不同區(qū)域產(chǎn)生不同的壓力分布。通過調(diào)節(jié)模具型腔中壓力分布，可以對成形中材料的流動、儲備和變薄進行有效地控制，十分有利于復(fù)雜形狀零件的成形。
4.多點成形。多點成形屬于板材曲面無模成形范疇，它借助一系列規(guī)則排列的、離散的、高度可調(diào)的基本體構(gòu)成基本體群，通過對各基本體運動的實時控制，自由地構(gòu)造出成形面，實現(xiàn)板材的三維曲面成形。無模多點成形就是將計算機技術(shù)和多點成形技術(shù)相結(jié)合的柔性加工技術(shù)，它使傳統(tǒng)的板材沖壓成形的生產(chǎn)方式產(chǎn)生重大變革。但這種工藝缺陷是壓痕與皺紋。采用彈性墊后可在一定程度抑制缺陷的產(chǎn)生，但不能最終消除。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種增加成形過程的柔性，真正做到成形過程中的“無?；?，避免板材表面產(chǎn)生裂紋，保證工件表面質(zhì)量的基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置，包括一底座，一固定加壓機構(gòu)和一板材壓緊機構(gòu)；其特征在于底座上依次設(shè)有油缸、凹模底板和凹模；凹模和凹模底板構(gòu)成下型腔，凹模底部設(shè)粘性介質(zhì)流動的排放孔，其通過凹模底板內(nèi)的通道與油缸連通；固定加壓機構(gòu)由壓力機、上模板，電機及安裝件，凸模固定板，與絲桿及伸縮套連接的沖壓頭構(gòu)成；壓邊圈與凸模固定板、伸縮套和沖壓頭共同形成上模腔；模板、底座分別用壓板固定在壓力機構(gòu)的上工作臺板、下工作臺板上；板材壓緊機構(gòu)由凹模上沿和壓邊圈構(gòu)成；所述上模腔和下型腔內(nèi)有可流動的粘性介質(zhì)；所述電機通過控制卡與計算機系統(tǒng)連接。
所述粘性介質(zhì)為醇酸樹脂或丙烯酸乳液，粘度根據(jù)需要配制。
所述油缸底部和上控油腔均設(shè)有電液比例溢流閥；油缸中容納有液壓油并用活塞密封，通過電液比例溢流閥精確控制凹模底板上介質(zhì)排出出口出壓力。
所述調(diào)位絲桿與伸縮套相連，伸縮套裝在凸模固定板中，調(diào)位絲桿通過軸承裝載在保持架內(nèi)并與電機相連由電機控制。
一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形方法，其步驟如下1)首先將上模板用壓板固定在壓力機上工作臺板，底座用壓板固定在壓力機下工作臺板；2)將產(chǎn)品材料、板料形狀、成形產(chǎn)品等參數(shù)輸入計算機，計算機根據(jù)有限元分析結(jié)果將成形工藝中間形狀離散為n步，并求出這n次中間工序的產(chǎn)品形狀，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的壓力；3)在凹模中注入粘性介質(zhì)，壓力機通過上模板帶動上模腔下行，利用壓力油缸帶動壓邊圈夾持住板料，利用壓邊圈上的注入孔向上模腔注入粘性介質(zhì)并封住入口；4)微機根據(jù)離散的結(jié)果通過控制卡逐步控制步進電機帶動調(diào)位絲桿旋轉(zhuǎn)，伸縮套在垂直方向伸長，其帶動沖壓頭在空間的運動形成成形工藝的中間形狀。
電機帶動上型腔以有利于成形的變化的形狀不斷下行，利用板料兩邊粘性介質(zhì)的推動使板料金屬流動產(chǎn)生變形，粘性介質(zhì)通過排放孔流向下控制油缸和上控制油缸；接近成形結(jié)束，沖壓頭頂點組合成產(chǎn)品的最終形狀，并與板料處于貼合狀態(tài)，粘性介質(zhì)將空隙出填平，板料成形為最終需要的產(chǎn)品形狀。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點①不用模具成形。取代了傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省了模具設(shè)計、制造、調(diào)試和保存所需費用，真正做到無模成形，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
②改善鈑金成形條件，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形能力，實現(xiàn)難加工材料的塑性變形，提高材料的成形極限，擴大鈑金加工范圍。
③產(chǎn)品質(zhì)量好，厚度均勻，避免由硬模產(chǎn)生的表面裂紋，工件表面質(zhì)量能得到很好的保證。采用粘性介質(zhì)成形，傳力均勻，避免出現(xiàn)象硬模沖壓工藝的損傷。粘彈性介質(zhì)的特點是可以控制在不同的變形區(qū)域根據(jù)不同的需要提供不同的變形力，由于可以選用不同粘度的介質(zhì)，可以在零件表面產(chǎn)生不同的壓力區(qū)域或者在板料兩面同時施加正壓和反壓甚至負壓，因此通過調(diào)節(jié)壓力分布就可對成形中材料的流動實現(xiàn)有效控制，從而達到儲料和控制材料變薄的目的，產(chǎn)品厚度均勻、質(zhì)量高。而且由于張力遠遠大于普通流體，避免泄漏問題。
④易于實現(xiàn)自動化。曲面造型、壓力機控制、工件測試等整個過程，全部采用計算機技術(shù)，實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE一體化生產(chǎn)。


圖1是發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是成形流程方框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明參見圖1所示，一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置，由底座1、下控制油缸3、電液比例溢流閥2、凹模底板7、凹模9、壓邊圈11、壓邊油缸12、上模板13、電機支架14、步進電機15，軸承16、支撐架17、調(diào)位絲桿18、凸模固定板19、伸縮套20、沖壓頭21、上控制油缸22等組件構(gòu)成，板料10壓在凹模9和壓邊圈11之間，凹模9和凹模底板7構(gòu)成下型腔，容納粘性介質(zhì)6并提供背壓力；成形過程中介質(zhì)通過凹模底板上排放孔排出；(塞子8為堵住加工孔防止介質(zhì)6從兩邊排出所設(shè))，排放孔連接下控制油缸3，下控制油缸3裝在底座1和凹模底板7之間，油缸中容納有液壓油4并用活塞5密封，通過電液比例溢流閥2可精確控制凹模底板7上介質(zhì)排出出口出壓力。壓邊圈11與凸模固定板19、伸縮套20，沖壓頭21共同形成上模腔，調(diào)位絲桿18與伸縮套20相連，伸縮套20裝載在凸模固定板19中，調(diào)位絲桿18通過軸承16裝載在保持架17內(nèi)并與步進電機15相連由步進電機15控制，步進電機15放置在電機支架14上。上控制油缸22裝在壓邊圈11內(nèi)提供背壓力，油缸中容納有液壓油4并用活塞5密封，通過電液比例溢流閥2可精確控制介質(zhì)排出出口出壓力。壓力油缸12可以控制壓邊力并對粘性介質(zhì)進行密封。步進電機15通過控制卡與計算機系統(tǒng)連接。
參見圖2是成形工藝的方框流程圖，圖中實線表示流程，虛線表示硬件的連接關(guān)系，特別是計算機控制系統(tǒng)和整個流程的關(guān)系。
一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形方法，其步驟如下1.首先將上模板13用壓板固定在壓力機上工作臺板，底座1用壓板固定在壓力機下工作臺板；2.將產(chǎn)品材料、板料形狀、成形產(chǎn)品等參數(shù)輸入微機，微機根據(jù)有限元分析結(jié)果將成形工藝中間形狀離散為n步，并求出這n次中間工序的產(chǎn)品形狀，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)電液比例溢流閥2的壓力；3.在凹模9中注入粘性介質(zhì)6，壓力機通過上模板13帶動上模腔下行，利用壓力油缸12帶動壓邊圈11夾持住板料10，利用壓邊圈11上的注入孔向上模腔注入粘性介質(zhì)6并封住入口；4.微機根據(jù)離散的結(jié)果通過控制卡逐步控制步進電機15帶動調(diào)位絲桿18旋轉(zhuǎn)，伸縮套20由于凸模的限制失去旋轉(zhuǎn)自由度，只能在垂直方向伸長，其帶動沖壓頭21在空間的運動形成成形工藝的中間形狀；5.隨著步進電機15的轉(zhuǎn)動，上型腔以有利于成形的變化的形狀不斷下行，利用板料10兩邊粘性介質(zhì)6的推動使板料10金屬流動產(chǎn)生不斷變形，粘性介質(zhì)6通過排放孔流向下控制油缸3和上控制油缸22；6.接近成形結(jié)束，沖壓頭21頂點組合成產(chǎn)品的最終形狀，并與板料處于貼合狀態(tài)，粘性介質(zhì)將空隙出填平，板料10成形為最終需要的產(chǎn)品形狀。
本發(fā)明采用粘性介質(zhì)成形，傳力均勻，避免出現(xiàn)象硬模沖壓工藝的損傷。粘彈性介質(zhì)的特點是可以控制在不同的變形區(qū)域根據(jù)不同的需要提供不同的變形力，由于可以選用不同粘度的介質(zhì)，可以在零件表面產(chǎn)生不同的壓力區(qū)域或者在板料兩面同時施加正壓和反壓甚至負壓，因此通過調(diào)節(jié)壓力分布就可對成形中材料的流動實現(xiàn)有效控制，從而達到儲料和控制材料變薄的目的，產(chǎn)品厚度均勻、質(zhì)量高。而且由于張力遠遠大于普通流體，避免泄漏問題。
權(quán)利要求
1.一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置，包括一底座(1)，一固定加壓機構(gòu)和一板材壓緊機構(gòu)；其特征在于底座(1)上依次設(shè)有油缸(3)、凹模底板(7)和凹模(9)；凹模(9)和凹模底板(7)構(gòu)成下型腔，凹模(9)底部設(shè)粘性介質(zhì)流動的排放孔，其通過凹模底板(7)內(nèi)的通道與油缸(3)連通；固定加壓機構(gòu)由壓力機，上模板(13)，電機及安裝件(14、15、16)，凸模固定板(19)，與絲桿(18)及伸縮套連接的沖壓頭(21)構(gòu)成；壓邊圈(11)與凸模固定板(19)、伸縮套(20)和沖壓頭(21)共同形成上模腔；模板(13)、底座(1)分別用壓板固定在壓力機的上工作臺板、下工作臺板上；板材壓緊機構(gòu)由凹模(9)上沿和壓邊圈(11)構(gòu)成；所述上模腔和下型腔內(nèi)有可流動的粘性介質(zhì)；所述電機(15)通過控制卡與計算機系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無模多點成形裝置，其特征在于所述粘性介質(zhì)為醇酸樹脂或丙烯酸乳液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無模多點成形裝置，其特征在于所述油缸(3)底部和上控油腔均設(shè)有電液比例溢流閥(2)；油缸(3)中容納有液壓油(4)并用活塞(5)密封，通過電液比例溢流閥(2)精確控制凹模底板(7)上介質(zhì)排出出口出壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無模多點成形裝置，其特征在于所述調(diào)位絲桿(18)與伸縮套(20)相連，伸縮套(20)裝在凸模固定板(19)中，調(diào)位絲桿(18)通過軸承(16)裝載在保持架(17)內(nèi)并與電機(15)相連由電機(15)控制。
5.一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形方法，其步驟如下1)首先將上模板(13)用壓板固定在壓力機上工作臺板，底座(1)用壓板固定在壓力機下工作臺板；2)將產(chǎn)品材料、板料形狀、成形產(chǎn)品等參數(shù)輸入計算機，計算機根據(jù)有限元分析結(jié)果將成形工藝中間形狀離散為n步，并求出這n次中間工序的產(chǎn)品形狀，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)電液比例溢流閥(2)的壓力；3)在凹模(9)中注入粘性介質(zhì)(6)，壓力機通過上模板(13)帶動上模腔下行，利用壓力油缸(12)帶動壓邊圈(11)夾持住板料(10)，利用壓邊圈(11)上的注入孔向上模腔注入粘性介質(zhì)(6)并封住入口；4)微機根據(jù)離散的結(jié)果通過控制卡逐步控制步進電機(15)帶動調(diào)位絲桿(18)旋轉(zhuǎn)，伸縮套(20)在垂直方向伸長，其帶動沖壓頭(21)在空間的運動形成成形工藝的中間形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于電機(15)帶動上型腔以有利于成形的變化的形狀不斷下行，利用板料(10)兩邊粘性介質(zhì)(6)的推動使板料(10)金屬流動產(chǎn)生變形，粘性介質(zhì)(6)通過排放孔流向下控制油缸(3)和上控制油缸(22)；接近成形結(jié)束，沖壓頭(21)頂點組合成產(chǎn)品的最終形狀，并與板料處于貼合狀態(tài)，粘性介質(zhì)將空隙出填平，板料(10)成形為最終需要的產(chǎn)品形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于粘性介質(zhì)傳力的板料無模多點成形裝置及方法，由凹模和凹模底板構(gòu)成下型腔，凹模底部設(shè)粘性介質(zhì)流動的排放孔，其通過凹模底板內(nèi)的通道與油缸連通；固定加壓機構(gòu)由上模板，電機及安裝件，凸模固定板和與絲桿及伸縮套連接的沖壓頭構(gòu)成；壓邊圈與凸模固定板、伸縮套和沖壓頭共同形成上模腔；板材壓緊機構(gòu)由凹模上沿和壓邊圈構(gòu)成。本發(fā)明采用粘性介質(zhì)成形，傳力均勻，避免出現(xiàn)象硬模沖壓工藝的損傷。不用模具成形，節(jié)省了模具設(shè)計、制造、調(diào)試和保存所需費用，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。而且產(chǎn)品質(zhì)量好，厚度均勻，避免由硬模產(chǎn)生的表面裂紋，工件表面質(zhì)量能得到很好的保證；易于實現(xiàn)自動。
文檔編號B21D26/021GK1864884SQ200610054360
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者胡建軍, 許洪斌, 夏華, 金艷, 王祥 申請人:重慶工學(xué)院