板材柔性多點成形裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種板材柔性多點成形裝置，包括：液壓容器，液壓容器具有開口；柔性膜片，安裝在開口處，柔性膜片將液壓容器的內(nèi)部密封形成液壓腔；壓力調(diào)節(jié)單元，與液壓腔連通；多個加壓單元，相對柔性膜片活動地設(shè)置；多個加壓單元向柔性膜片的方向運動，從而將設(shè)置在柔性膜片與加壓單元之間的待成型板材隨著柔性膜片向液壓腔內(nèi)的變形同步變形，直到待成型板材形成預(yù)定的形狀。由于本發(fā)明的柔性膜片可以提供相匹配的實時可調(diào)且均勻的法向作用力，對待成型板材形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸空區(qū)，能有效抑制板料起皺。成形后的工件表面質(zhì)量好、厚度均勻、無壓痕等缺陷。
【專利說明】板材柔性多點成形裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曲面板材成形領(lǐng)域，特別是涉及一種板材柔性多點成形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性制造是加工業(yè)的發(fā)展趨勢，其中多點成形技術(shù)是用于板類件三維曲面成形的一種先進制造技術(shù)，目前，國內(nèi)外的研究機構(gòu)對其進行了深入的研究。
[0003]CN2548792Y將成形模具的成形面劃分為一系列形狀簡單、離散排列、高度可調(diào)的壓頭構(gòu)成點陣式模具，構(gòu)造出模具的成形面，實現(xiàn)板材成形。該裝置最大的優(yōu)點在于可以通過任意調(diào)節(jié)壓頭的位置構(gòu)造出不同的成形曲面，實現(xiàn)板材三維曲面的成形。但在成形各種曲面，尤其是球面、錐面等具有突出部位制件時，在成形過程中總會有相當部分的板材在成形的初期處于懸空狀態(tài)，此時沖模的凸?；虬寄＞慌c板材的懸空部分接觸而不能對其實施有效的法向約束，導致很容易出現(xiàn)起皺等缺陷，不但嚴重影響成形件的成形質(zhì)量、精度和模具的壽命，而且有時直接導致成形過程無法進行。
[0004]CN1994611A采用彈性墊層，提出在多點成形中將板料夾在一定的彈性墊層中進行成形，依靠彈性墊層的變形對板料施加法向約束，但實際上，起皺更多的是出現(xiàn)在成形的初期，而此彈性墊層只有在上下模具基本壓靠或者說是在成形的末期才起作用，也不能完全解決成形起皺的問題。
[0005]CN2460239Y提出了一種事先不對壓頭進行位置調(diào)整，而在成形中對所有沖頭同時進行位移和速度調(diào)整，實現(xiàn)加載、變形的裝置，這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在板材成形過程中始終對板材施加法向約束，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制困難、裝置造價高:此裝置需要在每一個壓頭上都安裝一套由步進電機或伺服電機驅(qū)動的特殊制造的液壓閥與液壓缸，成形過程中通過控制電動機的轉(zhuǎn)數(shù)來控制液壓缸的位移，由于需要對上百乃至數(shù)百個壓頭同步進行位置檢測和實時的速度與位移控制，導致控制系統(tǒng)幾乎無法實現(xiàn)設(shè)計的功能，即使制造成功，其高昂的成本和系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，也使得實際應(yīng)用幾乎沒有可能。
[0006]CN1864884A提出了一種上半模采用多點結(jié)構(gòu)和粘性介質(zhì)控制相結(jié)合，下半模采用粘性介質(zhì)的成形裝置，同樣采用事先不對壓頭進行調(diào)整，而在成形過程中通過同步控制步進電動機轉(zhuǎn)動并同時控制粘性介質(zhì)的流動與壓強實現(xiàn)在板材成形過程中始終對板材施加法向約束，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制困難、裝置造價高的缺點依然存在:此裝置也需要在每一個壓頭上都安裝一套較大功率的步進電機，以實現(xiàn)在成形過程中轉(zhuǎn)動裝置驅(qū)動壓頭下行使板料產(chǎn)生變形，這同樣需要對全部的壓頭進行運動參數(shù)(位移、速度等)實時檢測，并且每個步進電機都需要在變形過程中進行實時控制才能達到最終成形的目的，同時，還需要多個電液比例溢流閥對粘性介質(zhì)的壓強進行控制。
[0007]CN102248053A提出了一種具有防皺功能的板材多點成形裝置，這種裝置由調(diào)形單元和夾料單元交錯排列組成，調(diào)形單元形成包絡(luò)面形狀，夾料單元被動移位，通過背壓作用夾持板料，取代壓邊機構(gòu)。這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在板材成形過程中始終對板材施加間斷分布的法向約束，但約束區(qū)只在夾料單元作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，調(diào)形單元作用區(qū)域內(nèi)的板料依然處于懸空區(qū)，由于懸空區(qū)部分無法向約束而導致的起皺等缺陷依然無法完全消除，同時其夾料單元屬于被動移位，成形過程中的力和位移都不可控制，難以達到設(shè)計目標。
[0008]CN102101363A提出了一種基于法向全約束的多點成形裝置，該裝置可以任意調(diào)整成形曲面且操作簡單，在成形過程中不需要對任何元件進行實時調(diào)整，始終有穩(wěn)定、均勻的法向壓力作用在板料上，能有效抑制板料起皺。但該裝置需要加工專用的液壓缸，制造成本高昂，且要保證上百個密集排列液壓缸的安裝與密封也非常困難，液壓缸的尺寸限制了基本體的尺寸，使得基本體密度受到限制，成形精度不容易保證。同時，受液壓缸結(jié)構(gòu)的影響，作用到每個基本體上的最大作用力也有限，從而制約了成形復(fù)雜厚板曲面的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種可對待成型板材形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸空區(qū)，能有效抑制板料起皺的板材柔性多點成形裝置。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種板材柔性多點成形裝置，包括:液壓容器，液壓容器具有開口 ；柔性膜片，安裝在開口處，柔性膜片將液壓容器的內(nèi)部密封形成液壓腔；壓力調(diào)節(jié)單元，與液壓腔連通；多個加壓單元，相對柔性膜片活動地設(shè)置；多個加壓單元向柔性膜片的方向運動，從而將設(shè)置在柔性膜片與加壓單元之間的待成型板材隨著柔性膜片向液壓腔內(nèi)的變形同步變形，直到待成型板材形成預(yù)定的形狀。
[0011]進一步地，加壓單元包括壓桿和彈性元件；板材柔性多點成形裝置還包括支架，支架上開設(shè)有多個安裝孔，每個加壓單元一一對應(yīng)地設(shè)置在一個安裝孔處；其中，壓桿活動地穿設(shè)在安裝孔內(nèi)，彈性元件套在壓桿的外部，且彈性元件的一端與支架抵接，另一端與壓桿抵接。
[0012]進一步地，加壓單元還包括壓頭，與壓頭與壓桿的靠近柔性膜片的一端可樞轉(zhuǎn)地連接。
[0013]進一步地，壓頭與壓桿的一端通過磁性吸附的方式可樞轉(zhuǎn)地連接。
[0014]進一步地，加壓單元還包括安裝在壓桿的遠離柔性膜片的一端的調(diào)節(jié)螺栓。
[0015]進一步地，板材柔性多點成形裝置還包括壓力施加單元，壓力施加單元設(shè)置在壓桿的遠離柔性膜片的一側(cè)，以驅(qū)動多個加壓單元向柔性膜片運動。
[0016]進一步地，液壓容器上設(shè)置有用于卡緊待成型板材的卡槽。
[0017]進一步地，板材柔性多點成形裝置還包括壓邊圈，柔性膜片通過壓邊圈與液壓容器密封連接。
[0018]由于本發(fā)明的柔性膜片可以提供相匹配的實時可調(diào)且均勻的法向作用力，對待成型板材形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸空區(qū)，能有效抑制板料起皺。成形后的工件表面質(zhì)量好、厚度均勻、無壓痕等缺陷。本發(fā)明整個裝置結(jié)構(gòu)合理、操作使用簡單、制造成本低、工作可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1示意性示出了本發(fā)明組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2示意性示出了本發(fā)明在行程終點時的示意圖；
[0021]圖3示意性示出了壓桿與壓頭的連接結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖中附圖標記:1、液壓容器；2、柔性膜片；3、液壓腔；4、限位支座；5、待成型板材；6、壓桿；7、彈性元件；8、支架；9、壓頭；10、調(diào)節(jié)螺栓；11、壓邊圈；12、桿體；13、接頭；14、第一磁鐵；15、本體；16、液壓接頭；17、壓力施加單元；18、基座；19、第二磁鐵。
【具體實施方式】
[0023]以下對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0024]請參考圖1至圖3，本發(fā)明提供了一種板材柔性多點成形裝置，包括:液壓容器1，液壓容器I具有開口 ；柔性膜片2，安裝在開口處，柔性膜片2將液壓容器I的內(nèi)部密封形成液壓腔3 ;壓力調(diào)節(jié)單元，與液壓腔3連通；多個加壓單元，相對柔性膜片2活動地設(shè)置；多個加壓單元向柔性膜片2的方向運動，從而將設(shè)置在柔性膜片2與加壓單元之間的待成型板材5隨著柔性膜片2向液壓腔3內(nèi)的變形同步變形，直到待成型板材5形成預(yù)定的形狀。例如，柔性膜片2可以是由橡膠制成的。特別地，加壓單元的長度可按照擬成形的板材曲面形狀設(shè)計。
[0025]使用時，先將待成型板材5放置在柔性膜片2的外側(cè)，然后驅(qū)動加壓單元向柔性膜片2的方向運動，當加壓單元的一端推動柔性膜片2向液壓容器I的內(nèi)部凹入時，同時推動夾持在柔性膜片2與加壓單元之間的待成型板材5與隨著柔性膜片2發(fā)生相同的變形。在這個過程中，多個加壓單元與待成型板材5之間具有多個接觸點，同時，由于液壓傳遞的性質(zhì)，液壓容器I內(nèi)的液體則通過柔性膜片2向待成型板材5的整個表面提供一個均的法向作用力，形成對待成型板材5的法向約束。
[0026]由于本發(fā)明的柔性膜片2可以提供相匹配的實時可調(diào)且均勻的法向作用力，對待成型板材5形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸空區(qū)，能有效抑制板料起皺。成形后的工件表面質(zhì)量好、厚度均勻、無壓痕等缺陷。本發(fā)明整個裝置結(jié)構(gòu)合理、操作使用簡單、制造成本低、工作可靠。
[0027]優(yōu)選地，液壓腔3的壓力可根據(jù)待成型板材5的材料、厚度和目標形狀而實時調(diào)整。優(yōu)選地，液壓腔3通過液壓接頭16與外部的液壓控制系統(tǒng)連接。
[0028]優(yōu)選地，加壓單元包括壓桿6和彈性元件7 ;板材柔性多點成形裝置還包括支架8，支架8上開設(shè)有多個安裝孔，每個加壓單元一一對應(yīng)地設(shè)置在一個安裝孔處；其中，壓桿6活動地穿設(shè)在安裝孔內(nèi)，彈性元件7套在壓桿6的外部，且彈性元件7的一端與支架8抵接，另一端與壓桿6抵接。在失去外部驅(qū)動力作用到壓桿6時，在彈性元件7的作用下，壓桿6可以自動回復(fù)到最初的狀態(tài)。
[0029]優(yōu)選地，加壓單元還包括壓頭9，與壓頭9與壓桿6的靠近柔性膜片2的一端可樞轉(zhuǎn)地連接。由于壓頭9與壓桿6的端部可樞轉(zhuǎn)地連接，因而，可以適應(yīng)柔性膜片2的不同角度的變形，即隨著柔性膜片2的變形而轉(zhuǎn)動。
[0030]在成形過程中，壓頭9會隨著待成型板材5的變形而轉(zhuǎn)動，始終保持與待成型板材5的平面接觸，增加了壓頭9與待成型板材5的接觸面積，避免了壓痕的產(chǎn)生，同時，使待成型板材5的幾乎全部表面都處于壓頭的法向約束下。
[0031]優(yōu)選地，請參考圖3，壓頭9與壓桿6的一端通過磁性吸附的方式可樞轉(zhuǎn)地連接。如圖3所示，壓桿6包括桿體12、安裝在桿體12端部的接頭13以及安裝在接頭13上的第一磁鐵14。壓頭9包括半球形的本體15和安裝在本體15的球面一側(cè)的第二磁鐵19。安裝時，將本體15的球頭部嵌入接頭13的凹陷部內(nèi)，從而使本體15與接頭13在第一磁鐵14和第二磁鐵19的磁性吸力的作用下，相互吸附連接。
[0032]優(yōu)選地，加壓單元還包括安裝在壓桿6的遠離柔性膜片2的一端的調(diào)節(jié)螺栓10。請參考圖1，在一個實施例中，所有的壓桿6的長度都是相同的，為了形成一定的曲面，在這些壓桿6的頂部分別安裝有一個調(diào)節(jié)螺栓10。這樣，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓10伸出壓桿6的長度，即可調(diào)節(jié)整個加壓單元的長度，從而在加壓時，可形成如圖2所示的曲面。這樣，可以簡化加壓的過程。
[0033]例如，在一個實施例中，板材柔性多點成形裝置還包括壓力施加單元17，例如，壓力機等，壓力施加單元17設(shè)置在壓桿6的遠離柔性膜片2的一側(cè)，以驅(qū)動多個加壓單元向柔性膜片2運動。可見，僅需要壓力施加單元17具有一個平板狀結(jié)構(gòu)的加壓機構(gòu)即可形成圖2中的曲面。成形完成后，壓力施加單元17帶動加壓機構(gòu)回程，隨后液壓容器I進液，柔性膜片2上升，取出壓制完成的板料。
[0034]優(yōu)選地，液壓容器I上設(shè)置有用于卡緊待成型板材5的卡槽。
[0035]優(yōu)選地，板材柔性多點成形裝置還包括壓邊圈11，柔性膜片2通過壓邊圈11與液壓容器I密封連接。
[0036]優(yōu)選地，支架8包括基座18，液壓容器I形成在基座18上，且基座18內(nèi)設(shè)置有油道，該液壓容器I通過該油道與壓力調(diào)節(jié)單元連接。
[0037]優(yōu)選地，板材柔性多點成形裝置還包括安裝在所述支架8上的限位支座4，其用于限制加壓單元的行程。
[0038]本發(fā)明采用柔性膜片2對待成型板材5實現(xiàn)支撐和法向約束，成形曲面可以任意構(gòu)成且調(diào)整方式簡便，且加壓單元的密度不受限制，成形精度高且密封可靠。在成形過程中也不再需要對任何元件進行實時調(diào)整，對于不同材料、厚度和目標形狀的板料，柔性膜片2可以提供相匹配的實時可調(diào)且均勻的法向作用力，對板料形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸空區(qū)，能有效抑制板料起皺，有效抑制起皺和回彈。成形后的工件表面質(zhì)量好，厚度均勻，無壓痕等缺陷。裝置結(jié)構(gòu)合理，操作使用簡單，制造成本低，工作可靠。
[0039]另外，本發(fā)明不需要壓邊裝置，省去成形后的切邊工序，提高板料的利用率，且產(chǎn)品質(zhì)量好、厚度均勻，表面質(zhì)量能夠得到很好的保證。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種板材柔性多點成形裝置，其特征在于，包括: 液壓容器(1)，所述液壓容器(I)具有開口 ； 柔性膜片(2)，安裝在所述開口處，所述柔性膜片(2)將所述液壓容器(I)的內(nèi)部密封形成液壓腔(3); 壓力調(diào)節(jié)單元，與所述液壓腔(3)連通； 多個加壓單元，相對所述柔性膜片(2)活動地設(shè)置； 所述多個加壓單元向所述柔性膜片(2)的方向運動，從而將設(shè)置在所述柔性膜片(2)與所述加壓單元之間的待成型板材(5)隨著所述柔性膜片(2)向所述液壓腔(3)內(nèi)的變形同步變形，直到所述待成型板材(5)形成預(yù)定的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述加壓單元包括壓桿(6)和彈性元件(7)； 所述板材柔性多點成形裝置還包括支架(8)，所述支架(8)上開設(shè)有多個安裝孔，每個所述加壓單元一一對應(yīng)地設(shè)置在一個所述安裝孔處； 其中，所述壓桿(6)活動地穿設(shè)在所述安裝孔內(nèi)，所述彈性元件(7)套在所述壓桿(6)的外部，且所述彈性元件(7)的一端與所述支架(8)抵接，另一端與所述壓桿(6)抵接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述加壓單元還包括壓頭(9)，與所述壓頭(9)與所述壓桿(6)的靠近所述柔性膜片(2)的一端可樞轉(zhuǎn)地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述壓頭(9)與所述壓桿(6)的所述一端通過磁性吸附的方式可樞轉(zhuǎn)地連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述加壓單元還包括安裝在所述壓桿(6)的遠離所述柔性膜片(2)的一端的調(diào)節(jié)螺栓(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述板材柔性多點成形裝置還包括壓力施加單元(17)，所述壓力施加單元(17)設(shè)置在所述壓桿(6)的遠離所述柔性膜片(2)的一側(cè)，以驅(qū)動所述多個加壓單元向所述柔性膜片(2)運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述液壓容器(I)上設(shè)置有用于卡緊所述待成型板材(5)的卡槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材柔性多點成形裝置，其特征在于，所述板材柔性多點成形裝置還包括壓邊圈(11)，所述柔性膜片(2 )通過所述壓邊圈(11)與所述液壓容器(I)密封連接。
【文檔編號】B21D22/12GK103878228SQ201410065771
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王衛(wèi)衛(wèi), 賈彬彬, 于靜泊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學（威海）