專利名稱：一種曲面零件柔性漲拉成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實(shí)用新型應(yīng)用可重構(gòu)多點(diǎn)模具，使用一個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)三維曲面零件的漲拉成形，屬于金屬塑性加工領(lǐng)域。
技術(shù)背景:鋁合金、鈦合金三維曲面零件廣泛應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮、動(dòng)車組外板、高品質(zhì)汽車以及現(xiàn)代建筑等多個(gè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域。目前常用的成形工藝是利用模具在拉伸成形機(jī)上進(jìn)行曲面拉伸成形，采用這種成形方式，拉形模具品種多、數(shù)量大，制造周期長。因而模具的制造和存放成為曲面零件成形的難題之一；另一方面拉形機(jī)是用到的主要裝備，目前國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)所用的拉形機(jī)價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜。因此近年來開始出現(xiàn)各種曲面柔性成形方法，研究在一種設(shè)備上成形不同幾何形狀、不同材質(zhì)的三維曲面零件，從而做到數(shù)字化柔性成形。其中之一就是多點(diǎn)成形方法，它將原來的實(shí)體模具離散化為緊密排列的沖頭矩陣，每一個(gè)沖頭都可以在計(jì)算機(jī)的控制下調(diào)整高度，所有沖頭調(diào)整到所需要的高度后，其端部形成所需要的成形模面，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行沖壓或者拉伸成形，該技術(shù)已有相關(guān)專利公開。一套多點(diǎn)模具就可以代替大量不同幾何形狀的拉伸模具，與傳統(tǒng)拉伸機(jī)配套就可以實(shí)現(xiàn)曲面零件的柔性漲拉成形。但多點(diǎn)模具是一套機(jī)電一體化集成設(shè)備，在傳統(tǒng)拉伸機(jī)上裝卸困難；而且不同的三維曲面零件成形時(shí)，所需要的模具高度不同，需要用工裝調(diào)整高度，操作困難；本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，將多點(diǎn)模具安裝于上下移動(dòng)工作平臺(tái)，工作平臺(tái)由主液壓缸驅(qū)動(dòng)。漲拉前可以根據(jù)目標(biāo)零件幾何形狀的不同方便調(diào)整高度，易于裝夾零件；漲拉成形過程中，該主液壓缸提供漲拉動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)工件成形；可重構(gòu)多點(diǎn)模具根據(jù)目標(biāo)零件的不同調(diào)整形狀，實(shí)現(xiàn)柔性成形，一套主液壓缸實(shí)現(xiàn)漲拉成形，降低了拉形設(shè)備成本，該裝置未見相關(guān)專利報(bào)道。該實(shí)用新型可以用于高速動(dòng)車組鋁合金外板、飛機(jī)蒙皮零件、現(xiàn)代建筑金屬幕墻曲面等不同應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容:本實(shí)用新型的目的是提供一種三維曲面零件柔性漲拉成形裝置。該裝置由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)預(yù)拉伸與夾緊部分實(shí)現(xiàn)板料預(yù)拉伸與拉邊、由主液壓缸驅(qū)動(dòng)位于上下可移動(dòng)工作平臺(tái)上的多點(diǎn)模具實(shí)現(xiàn)漲拉成形、多點(diǎn)模具實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)柔性模具功能，三者集成為一套裝置實(shí)現(xiàn)曲面零件的柔性漲拉成形。本實(shí)用新型的目的是通過下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合
如下:一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，主要由機(jī)身框架、漲拉成形平臺(tái)、預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)以及可重構(gòu)多點(diǎn)模具組成，所述預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身框架上，對(duì)板材預(yù)拉伸與夾緊，所述漲拉成形平臺(tái)由主推力液壓缸10和上下可移動(dòng)工作平臺(tái)12組成，所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具7集成安裝在上下可移動(dòng)工作平臺(tái)12上，通過主推力液壓缸10向上推動(dòng)可重構(gòu)多點(diǎn)模具7靠近已被預(yù)拉伸的板料，對(duì)板材漲拉成形，主推力液壓缸10采用不同控制模式，對(duì)上頂漲拉力、板料漲拉量和漲拉速率不同漲拉工藝參數(shù)的控制。[0006]所述預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)1、伺服電機(jī)I同步驅(qū)動(dòng)的前后兩根左右旋絲杠6、裝在前后兩根左右旋絲杠6兩端的左右旋絲母4和通過固定軸裝在左右旋絲母4上的拉伸夾鉗5組成。所述左右旋絲杠6上的螺紋為左右旋設(shè)置，與左右旋絲杠6上的左右旋螺紋相配合的左右旋絲母4帶動(dòng)左右兩組拉伸夾鉗5同步反方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料夾緊預(yù)拉伸和松開。所述伺服電機(jī)I為兩套且同步運(yùn)動(dòng)，分別通過減速機(jī)2控制前后兩根絲杠6同步旋轉(zhuǎn)，通過對(duì)伺服電機(jī)I的力矩控制、位置控制和速度控制分別對(duì)預(yù)拉伸力控制、板料預(yù)拉伸量控制和預(yù)拉伸速率控制，有效控制板料預(yù)拉伸狀態(tài)以及漲拉成形過程中的拉邊力。所述拉伸夾鉗5為離散式結(jié)構(gòu)，每個(gè)拉伸夾鉗5上均裝有夾緊液壓缸8，所有夾鉗5安裝在同一固定軸上并沿固定軸旋轉(zhuǎn)，隨著主推力液壓缸10的上頂，拉伸夾鉗5的鉗口與被漲拉板料邊緣始終成切線狀態(tài)，拉伸夾鉗5的張開與鎖緊由安裝于其上的夾緊液壓缸8控制。所述控制夾緊液壓缸8對(duì)拉伸夾鉗5的整體夾緊力、部分或單個(gè)夾鉗夾緊力進(jìn)行不同控制。所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具7由數(shù)個(gè)高度可調(diào)整的沖頭基本體排列而成，每一個(gè)沖頭基本體的高度由計(jì)算機(jī)數(shù)控調(diào)整，調(diào)整方式包括通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)具有內(nèi)螺紋的方體、通過液壓缸、氣缸或者直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其排列方式采用緊密排列或按照一定間隔排列，沖頭基本體的布置按矩陣方式或呈蜂窩狀排列；所有沖頭基本體調(diào)整到所需要的高度后，其端部形成的型面輪廓代替整體模具用于漲拉成形。所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具7由實(shí)體漲拉模具或者簡易模具代替，可以實(shí)現(xiàn)曲面零件的普通漲拉成形。本實(shí)用新型創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型將可重構(gòu)多點(diǎn)模具與上頂式漲拉成形裝置集成為一體，用一套漲拉成形裝置可以成形出數(shù)百種不同幾何形狀的曲面零件；在漲拉成形過程中，無需針對(duì)特定幾何形狀手動(dòng)調(diào)整漲拉模具的高度，操作方便；用一套主推力液壓缸同時(shí)實(shí)現(xiàn)模具高度調(diào)整與漲拉力驅(qū)動(dòng)，降低了漲拉成形設(shè)備制造成本；通過主液壓缸的力控制、位置控制以及速度控制，方便控制板料的漲拉力、漲拉量以及漲拉速率。
附圖說明:圖1是曲面零件柔性漲拉成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2柔性漲拉成形裝置主視圖。圖3柔性漲拉成形裝置俯視圖。圖中:1-伺服電機(jī)，2-減速機(jī)，3-絲杠支撐座，4-左右旋絲母，5-拉伸夾鉗，6-左右旋絲杠，7-可重構(gòu)多點(diǎn)模具，8-夾緊液壓缸，9-一體式機(jī)身框架，10-主推力液壓缸，
11-工作臺(tái)上下移動(dòng)導(dǎo)軌，12-上下可移動(dòng)平臺(tái)
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體內(nèi)容及實(shí)施方式。如圖2所示，本實(shí)用新型的曲面零件柔性漲拉成形裝置包括機(jī)身框架、預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)、端部夾緊機(jī)構(gòu)、漲拉成形機(jī)構(gòu)與可重構(gòu)多點(diǎn)模具。所述機(jī)身框架采用一體式機(jī)身框架9，其是成形裝置的支撐與承力機(jī)構(gòu)，為了保證強(qiáng)度與剛度，一體式機(jī)身框架9由鋼板焊接而成，包括支撐框架、預(yù)拉伸平臺(tái)與可移動(dòng)工作平臺(tái)三個(gè)部分。預(yù)拉伸平臺(tái)分由處于同一平面上的左右兩部分組成，其上安裝預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)；上下可移動(dòng)工作平臺(tái)12通過工作臺(tái)上下移動(dòng)導(dǎo)軌11安裝于立式支撐框架上，可移動(dòng)工作平臺(tái)12底部與主推力液壓缸10的活塞桿相連接，由主推力液壓缸10推動(dòng)工作平臺(tái)以及安裝于平臺(tái)之上的可重構(gòu)多點(diǎn)模具7上下運(yùn)動(dòng)，完成零件漲拉成形過程。所述預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)由絲杠6、左右旋絲母4、絲杠支撐座3、拉伸夾鉗5、夾緊液壓缸8以及伺服電機(jī)I和減速機(jī)2組成，實(shí)現(xiàn)漲拉前板料的端部夾緊以及預(yù)拉伸量控制。通過絲杠支撐座3，左右旋絲杠6被固定于一體化機(jī)身框架上，前后各有一組，保證預(yù)拉伸時(shí)的受力平衡。左右旋絲杠6的螺紋為左右旋設(shè)計(jì)，即一端為左旋螺紋、另一端為右旋螺紋，兩端絲杠上分別安裝有相對(duì)應(yīng)的左右旋絲母4，通過絲杠的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)左右兩組絲母4的同步反方向驅(qū)動(dòng)。漲拉裝置前后各有一套絲杠、絲母，共同帶動(dòng)安裝于絲母上的拉伸夾鉗5實(shí)現(xiàn)左右運(yùn)動(dòng)。左右旋絲杠6的旋轉(zhuǎn)由伺服電機(jī)I通過減速機(jī)2驅(qū)動(dòng)，所述伺服電機(jī)可以是交流伺服電機(jī)，也可以是直流伺服電機(jī)。前后兩根左右旋絲杠6分別由兩個(gè)伺服電機(jī)I驅(qū)動(dòng)，從而提供用于預(yù)拉伸與漲拉成形過程中的驅(qū)動(dòng)力。所述預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)中前后兩套左右旋絲杠6必須保證同步旋轉(zhuǎn)，其同步由伺服電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。所述伺服電機(jī)I的力矩控制模式實(shí)現(xiàn)夾鉗的拉伸力控制，其位置控制模式實(shí)現(xiàn)板料的預(yù)拉伸量控制，其速度控制模式實(shí)現(xiàn)板料的預(yù)拉伸速率控制，從而有效控制板料預(yù)拉伸狀態(tài)以及漲拉成形過程中拉邊力大小。拉伸夾鉗5包括左右兩組，分別用于板料兩個(gè)端部邊沿的夾緊。圖1所示拉伸夾鉗由7個(gè)獨(dú)立的夾鉗組成，所有7個(gè)夾鉗安裝在同一固定軸上，并可沿固定軸旋轉(zhuǎn)，從而保證在漲拉成形中，隨著主推力液壓缸10的上頂，拉伸夾鉗5的鉗口與被漲拉板料邊緣始終成切線狀態(tài)。拉伸夾鉗5的張開與鎖緊由安裝于其上的夾緊液壓缸8實(shí)現(xiàn)。根據(jù)功能需要，夾緊液壓缸8可以由開關(guān)閥、比例閥或者伺服閥控制，實(shí)現(xiàn)整體夾緊力控制，也可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)夾緊液壓缸的力控制，從而提高拉邊效果。所述漲拉成形部分是該裝置的主要機(jī)構(gòu)之一，它通過主推力液壓缸10推動(dòng)上下可移動(dòng)工作平臺(tái)12，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)工作平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)?？芍貥?gòu)多點(diǎn)模具7固定于上下可移動(dòng)平臺(tái)12上，隨平臺(tái)一起實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。上下可移動(dòng)工作平臺(tái)12由安裝于一體化機(jī)身框架9上，由工作臺(tái)上下移動(dòng)導(dǎo)軌11提供上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向。所述主推力液壓缸10由伺服電磁閥控制，向上推動(dòng)上下可以動(dòng)工作臺(tái)12使可重構(gòu)多點(diǎn)模具7靠近已被預(yù)拉伸的板料，在上頂可重構(gòu)多點(diǎn)模具7的作用下使工件漲拉成形。主推力液壓缸10的不同控制模式，實(shí)現(xiàn)不同的漲拉控制參數(shù)。力控制模式可以控制漲拉工藝過程中的上頂漲拉力；位移控制模式可以控制多點(diǎn)模具上頂位移量，從而控制板料漲拉量；速度控制模式可以控制上頂速度，從而控制漲拉速率?？芍貥?gòu)多點(diǎn)模具7由數(shù)個(gè)高度可以調(diào)整的沖頭基本體排列而成。每一個(gè)沖頭基本體的高度可以由計(jì)算機(jī)數(shù)控調(diào)整，其實(shí)現(xiàn)方式可以通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)內(nèi)螺紋的方體實(shí)現(xiàn)，也可以通過液壓缸、氣缸或者直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)；其排列方式根據(jù)需要可以緊密排列，也可以按照一定間隔排列；沖頭基本體的布置可以是矩陣方式，也可以是呈蜂窩狀排列。所有沖頭基本體調(diào)整到所需要的高度后，其端部形成的型面輪廓代替整體模具用于漲拉成形。所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具7可以由實(shí)體漲拉模具或者簡易模具代替，該裝置同樣能夠?qū)崿F(xiàn)曲面零件的漲拉成形。應(yīng)用該實(shí)用新型裝置漲拉成形曲面零件時(shí)，首先將板料放入左右兩側(cè)的夾鉗之中，根據(jù)材料特性與漲拉量的要求設(shè)定夾鉗夾緊力；然后控制伺服電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，將板料預(yù)拉伸到設(shè)定值；開動(dòng)主推力液壓缸，推動(dòng)多點(diǎn)可重構(gòu)模具向上運(yùn)動(dòng)，將已經(jīng)預(yù)拉伸板料漲拉到所需要的曲面形狀，卸載后即可得到需要的三維曲面零件。當(dāng)目標(biāo)曲面零件的幾何形狀、板料厚度、材料特性等改變時(shí)，只需根據(jù)數(shù)模自動(dòng)快速改變多點(diǎn)模具的型面以及漲拉力、漲拉量等工藝參數(shù)即可再次快速成形，實(shí)現(xiàn)曲面零件的柔性漲拉。該實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)鋁合金、鈦合金、鋼板等不同材料薄板的漲拉成形?？梢杂糜陲w機(jī)蒙皮類零件的漲拉成形，也可以用于高速動(dòng)車組鋁合金外板零件的成形，同時(shí)也適合于現(xiàn)代建筑中個(gè)性化鋁合金、不銹鋼外墻曲面的柔性化制造。
權(quán)利要求1.一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，主要由機(jī)身框架、漲拉成形平臺(tái)、預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)以及可重構(gòu)多點(diǎn)模具組成，其特征在于: 所述預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身框架上，對(duì)板材預(yù)拉伸與夾緊，所述漲拉成形平臺(tái)由主推力液壓缸(10)和上下可移動(dòng)工作平臺(tái)(12)組成，所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具(7)集成安裝在上下可移動(dòng)工作平臺(tái)(12)上，通過主推力液壓缸(10)向上推動(dòng)可重構(gòu)多點(diǎn)模具(7)靠近已被預(yù)拉伸的板料，對(duì)板材漲拉成形，主推力液壓缸(10)采用不同控制模式，對(duì)上頂漲拉力、板料漲拉量和漲拉速率不同漲拉工藝參數(shù)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)(I)、伺服電機(jī)(I)同步驅(qū)動(dòng)的前后兩根左右旋絲杠(6)、裝在前后兩根左右旋絲杠(6)兩端的左右旋絲母(4)和通過固定軸裝在左右旋絲母(4)上的拉伸夾鉗(5)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述左右旋絲杠(6)上的螺紋為左右旋設(shè)置，與左右旋絲杠(6)上的左右旋螺紋相配合的左右旋絲母(4)帶動(dòng)左右兩組拉伸夾鉗(5)同步反方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料夾緊預(yù)拉伸和松開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述伺服電機(jī)(I)為兩套且同步運(yùn)動(dòng)，分別通過減速機(jī)(2)控制前后兩根絲杠(6)同步旋轉(zhuǎn)，通過對(duì)伺服電機(jī)(I)的力矩控制、位置控制和速度控制分別對(duì)預(yù)拉伸力控制、板料預(yù)拉伸量控制和預(yù)拉伸速率控制，有效控制板料預(yù)拉伸狀態(tài)以及漲拉成形過程中的拉邊力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述拉伸夾鉗(5)為離散式結(jié)構(gòu)，每個(gè)拉伸夾鉗(5)上均裝有夾緊液壓缸(8)，所有夾鉗(5)安裝在同一固定軸上并沿固定軸旋轉(zhuǎn)，隨著主推力液壓缸(10)的上頂，拉伸夾鉗(5)的鉗口與被漲拉板料邊緣始終成切線狀態(tài)，拉伸夾鉗(5)的張開與鎖緊由安裝于其上的夾緊液壓缸⑶控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述控制夾緊液壓缸(8)對(duì)拉伸夾鉗(5)的整體夾緊力、部分或單個(gè)夾鉗夾緊力進(jìn)行不同控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具(7)由數(shù)個(gè)高度可調(diào)整的沖頭基本體排列而成，每一個(gè)沖頭基本體的高度由計(jì)算機(jī)數(shù)控調(diào)整，調(diào)整方式包括通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)具有內(nèi)螺紋的方體、通過液壓缸、氣缸或者直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其排列方式采用緊密排列或按照一定間隔排列，沖頭基本體的布置按矩陣方式或呈蜂窩狀排列；所有沖頭基本體調(diào)整到所需要的高度后，其端部形成的型面輪廓代替整體模具用于漲拉成形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，其特征在于: 所述可重構(gòu)多點(diǎn)模具(7)由實(shí)體漲拉模具或者簡易模具代替，能實(shí)現(xiàn)曲面零件的普通漲拉成形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種曲面零件柔性漲拉成形裝置，用于大型三維曲面零件漲拉成形的柔性加工裝置。該裝置主要由機(jī)身框架、漲拉成形平臺(tái)、預(yù)拉伸與夾緊機(jī)構(gòu)以及可重構(gòu)多點(diǎn)模具組成；漲拉成形由主推力液壓缸(10)向上推動(dòng)位于上下可移動(dòng)平臺(tái)(12)上的可重構(gòu)多點(diǎn)模具(7)靠近已被預(yù)拉伸的板料實(shí)現(xiàn)；預(yù)拉伸與拉邊由伺服電機(jī)(1)同步驅(qū)動(dòng)前后兩根左右旋絲杠(6)，從而帶動(dòng)位于左右旋絲母(4)上的拉伸夾鉗(5)同步反方向運(yùn)動(dòng)。拉伸夾鉗(5)由奇數(shù)個(gè)夾鉗組成，通過夾緊液壓缸(8)實(shí)現(xiàn)夾緊力控制；本實(shí)用新型將可重構(gòu)多點(diǎn)模具與上頂式漲拉成形裝置集成為一體，用一套漲拉成形裝置可成形出多種不同幾何形狀的曲面零件，制造成本低。
文檔編號(hào)B21D22/20GK203044616SQ20132005680
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者劉純國, 鄧玉山, 蔡中義, 李明哲, 胡志清, 李湘吉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)