CN101360572B - 拉伸成形机器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉伸成形机器及方法，其中，拉伸成形机器包括：一对相对弯曲爪组合件夹持金属板的相对端边缘部分，每一爪组合件包含：爪，包含相对于彼此移动以界定所述爪的一部分弯曲的邻近夹具的一阵列；可移动轭，连接到爪；枢轴，将轭连接到梁轨；至少一个致动器，连接到轭以用于围绕枢轴枢转爪，以推动位于夹具阵列的相对端处的夹具远离枢轴，同时邻近夹具阵列的中心线的夹具保持近似静止，进而进一步拉伸金属板的外角落，同时充分地将沿着金属板的中心线的伸长最小化。通过上述制动器和枢轴的协作，使得在没有显著改变零件的中心区域的最佳拉伸情况下，实现了零件边缘部分的最佳拉伸，降低了材料失效的可能性。

Description

拉伸成形机器及方法

技术领域

本发明涉及成形机器，尤其涉及一种具有两个相对夹爪的金属板拉伸成形机器及方法。

背景技术

夹爪由一系列铰接夹具形成，所述铰接夹具以共同形成凹面、凸面或低弯度S曲线的方式相对于彼此移动。这些相对爪用于在将金属板拉伸到其降服状态时夹持所述板的相对端。同时在所述状态中，在模具上方对金属板进行成形。通过液压缸对着机械或电气停止件来致动所述夹具的每一者，使得可平坦负载所夹持的板，且接着导致呈现粗略为模具的弯曲表面形状的轮廓。因此，在拉伸成形机器中使用弯曲爪节省了原本从笔直爪开口过渡到弯曲模具的表面所浪费的材料。所述夹具(或夹具群组)中的每一者由液压缸控制，且邻近夹具的液压缸的共同累积运动界定爪的弯曲。拉伸成形机器可以是计算机或手动控制的，或可使用计算机控制和手动控制的组合。

现有拉伸成形机器(包括本申请人提出的拉伸成形机器，例如在第5,910,183号和第6,018,970号美国专利中揭示的)能够形成纵向复合弯曲形状，例如飞机机身和机翼部分中使用的形状。由于复合曲率的缘故，故拉伸成形零件的纵向中心线伸长到外边缘之前且其伸长程度大于外边缘。因此，为了实现外边缘部分的类似伸长而对所述零件的外边缘部分进行的任何进一步拉伸，均会导致可能过度拉伸所述零件的纵向中心部分，进而增加材料失效的可能性。在外边缘处实现所需伸长的常规方法需要一旦已经实现所述零件的中心部分的恰当伸长便使所述零件承受中间退火制程。此方法需要将零件从拉伸成形机器处移除、将零件输送到退火炉、对零件进行退火且将零件返回并重新安装在拉伸成形机器上。接着进行第二拉伸成形制程。虽然可接着将边缘部分拉伸到恰当量，但同时将中心部分拉伸了超过其最佳拉伸的某额外量导致零件在不同区域中具有不同拉伸度。

发明内容

为了在不显著改变零件的中心区域中的最佳拉伸的情况下，实现拉伸成形复合弯曲零件赋予零件边缘部分最佳拉伸，本发明提供了一种在单一操作期间赋予复合弯曲零件恰当拉伸量的拉伸成形机器。

本发明的另一目的在于提供向拉伸成形零件的边缘部分和拉伸成形零件的中心部分施加最佳拉伸的拉伸成形机器。

本发明的另一目的在于提供在不会改变拉伸成形零件的中心区域中的最佳拉伸的情况下赋予所述零件的边缘部分最佳拉伸的拉伸成形机器。

本发明的另一目的在于提供在单一操作期间向复合弯曲零件施加恰当拉伸量的金属零件拉伸成形方法。

本发明的另一目的在于提供向拉伸成形零件的边缘部分和拉伸成形零件的中心部分施加最佳拉伸的金属零件拉伸成形方法。

本发明的另一目的在于提供在不干扰拉伸成形零件的中心区域中的最佳拉伸的情况下赋予所述零件的边缘部分最佳伸长的金属零件拉伸成形方法。

在下文所揭示的优选实施例中，通过提供这样一种类型的拉伸成形机器来实现本发明的这些和其它目的：一对相对弯曲爪组合件夹持金属板的相对端边缘部分以最初将金属板拉伸到降服状态并将金属板成形为预定弯曲构形。每一爪组合件包括：爪，其具有相对于彼此移动以界定所述爪的一部分弯曲的邻近夹具一阵列，且适于沿着金属板的一个侧边缘从邻近所述板的第一角落延伸到邻近第二角落；可移动轭，连接到所述爪；枢轴，将所述轭连接到梁轨(beamway)；以及至少一个致动器，连接到所述轭以用于围绕所述枢轴而枢转所述爪，以推动位于夹具阵列的相对端处的夹具远离枢轴，同时邻近于夹具阵列的中心线的夹具保持近似静止。枢轴和致动器协作以拉伸金属板的外角落且同时充分地将沿着金属板中心线的伸长减到最小。

根据本发明的另一优选实施例，所述拉伸成形机器包括可移动模具，在所述模具上将金属板成形为预定弯曲构形。

根据本发明的另一优选实施例，拉伸成形机器包括压弯机(bulldozer)组合件，其相对于用于对所述金属板进行成形的所述模具移动。

根据本发明的另一优选实施例，拉伸成形机器包括个别的液压缸，所述液态汽缸适于使所述夹具或夹具群组相对于彼此移动，以将金属板的相对端成形为预定弯曲构形。

根据本发明的另一优选实施例，拉伸成形机器包括至少一个个别的液压缸，所述液态汽缸由每一轭携载并适于沿着梁轨推动每一轭。

根据本发明的另一优选实施例，拉伸成形机器包括至少一个个别的液压缸，所述液态汽缸由每一轭携载并适于相对于每一个别轭移动每一爪。

根据本发明的另一优选实施例，一种拉伸成形机器包括一对相对弯曲爪组合件以用于夹持金属板的相对端边缘部分，且每一爪组合件包括：爪，具有相对于彼此移动以界定弯曲的邻近夹具的一阵列，其中中心夹具定位在所述阵列的两个相对端夹具中间的阵列顶点处；可移动轭，连接到所述爪；枢轴，将所述轭连接到梁轨；以及至少一个致动器，连接到所述轭以用于围绕所述枢轴枢转所述爪。所述枢轴的轴线经界定为在位于中心夹具内的点处与所述阵列的曲线正切的线和由中心夹具及两个端夹具所界定的平面的交叉点。枢轴和致动器协作以拉伸金属板的外角落且同时充分地将沿着金属板中心线的伸长部分最小化。

根据本发明的另一优选实施例，一种金属板拉伸成形方法包括提供这样一种类型的拉伸成形机器，其中一对相对弯曲爪组合件夹持待成形为预定弯曲构形的金属板的相对端边缘部分，且每一爪组合件包括：爪，具有相对于彼此移动以界定所述爪的一部分弯曲的邻近夹具的一阵列，且适于沿着所述金属板的一个侧边缘从邻近所述板的第一角落延伸到邻近第二角落；可移动轭，连接到所述爪；枢轴，将所述轭连接到梁轨；以及至少一个致动器，连接到所述轭以用于围绕所述枢轴枢转所述爪。所述方法进一步包括通过将爪远离彼此向后缩回来将金属板拉伸到降服状态；在模具上方将金属板成形为所需曲率；以及使用所述至少一个致动器来围绕枢转枢转爪以推动位于夹具阵列的相对端处的夹具远离枢轴，同时邻近于夹具阵列的中心线的夹具保持近似静止。枢轴和致动器协作以拉伸金属板的外边缘，同时充分地将沿着金属板中心线的伸长部分最小化。

根据本发明的另一优选实施例，金属板拉伸成形方法包括在压弯机组合件上方对金属板进行成形的步骤，所述压弯机组合件相对于模具移动。

根据本发明的另一优选实施例，金属板拉伸成形方法包括利用计算机控制伺服反馈技术来界定并控制待成形金属板的形状的步骤。

根据本发明的另一优选实施例，金属板拉伸成形方法包括通过由每一轭携载的至少一个个别的液压缸沿着梁轨推动所述轭彼此远离来将金属板拉伸到降服状态的步骤。

根据本发明的另一优选实施例，金属板拉伸成形方法包括通过由每一轭携载的至少一个个别的液压缸将爪缩回到其个别轭内来将金属板拉伸到降服状态的步骤。

根据本发明的另一优选实施例，金属板拉伸成形方法包括使用由每一夹具所携载并适于使夹具相对于彼此移动的个别的液压缸来将金属板的相对端成形为预定弯曲构形的步骤。

附图说明

图1为上面利用本申请案发明的类型的弯曲爪拉伸成形机器的简化俯视平面图；

图2为图1所示的拉伸成形机器的侧视图；

图3为弯曲爪的一个侧面的简化片断端视图，其展示所述爪上所携载的夹具阵列的上下运动的范围；

图4为拉伸成形机器的爪的侧视图；

图5为图4所示的爪的放大部分侧视图；

图6为类似于图5的视图，其展示图5所示的爪的最佳爪位置和枢轴运动；

图7为展示爪处于正常拉伸的位置的侧视图；

图8为展示爪处于最佳边缘区域拉伸的位置的枢轴运动和侧视图；

图9为展示外侧爪向边缘部分施加额外拉伸的移动的部分连续透视图，其中零件被分开并夸大边缘皱纹；

图10为说明边缘拉伸成形补偿的拉伸成形零件的示意图；且

图11为飞机的透视图，其展示示范性拉伸成形零件位置。

具体实施方式

现具体参看附图，图1和图2中以简化形式展示根据本发明实施例的拉伸成形机器10。如大体上展示，所述拉伸成形机器10包括一对轭12、13，其依附在个别梁轨15、16上并分别由滑座汽缸(carriage cylinders)18、19和20、21致动。轭12、13携载个别爪24、25，所述爪24、25的每一者经安装以在若干轴上移动。滑座汽缸18、19(爪24)和滑座汽缸20、21(爪25)的不对称移动使得爪回转。

携载在爪24、25上的个别对振动汽缸(未图示)使爪24、25振动。穿过旋转杆30、31的旋转汽缸组合件使爪旋转，所述旋转杆30、31使轭12、13和个别爪24、25互连，并准许爪24、25在板载入和成形期间围绕纵向水平轴相对于轭12、13旋转。通过借助于个别拉紧汽缸组合件37、38可将爪24、25在轭12、13中缩回来以向金属板施加牵力。枢轴组合件32、33、34、35准许轭12、13和爪24、25围绕横向水平轴枢转。

中心定位的模具台40由模具台支撑梁41支撑，且安装在导柱43上以进行垂直移动。此垂直移动由模具台汽缸42、44的动作所提供。当模具台汽缸42、44垂直向上移动模具(未图示)时，发生金属板的拉伸成形，且拉紧汽缸组合件37、38将金属板保持在拉紧状态。模具台汽缸42、44的垂直移动致使轭12、13围绕枢轴组合件32、33、34、35枢转。

模具台汽缸42、44的不对称移动和随之发生的模具台40的不对称移动由爪24、25通过旋转杆30、31而围绕旋转汽缸组合件的旋转来调节。压弯机组合件(未图标)可安装在模具台40上方以垂直移动而与模具台40上的成形模具形成接触或与之分开，以形成例如反向曲线等形状，所述形状原本需要分离的形成操作，例如落锤成形。

爪24、25分别包括大体上横向延伸的夹具阵列50、52，可将待成形板的相对边缘部分载入到所述夹具阵列50、52中。这些夹具阵列50、52以准许夹具阵列50、52的每一夹具相对于邻近夹具运动以及对夹具阵列50、52造成向上或向下延伸的弯曲形状的运动累积的方式相对于彼此而进行枢转安装。

通常，以笔直配置方式定位夹具阵列50、52以进行板加载。个别对摆动汽缸56、57和58、59在板成形操作期间，可根据需要上下摆动爪24、25和轭12、13。现有技术装置利用机械停止件和其它装置来限制夹具移动且因此界定所需弯曲度和弯曲形状。本申请人的现有技术拉伸成形机器还使用计算机控制的伺服反馈技术来界定和控制待成形的形状。

根据图3所示的本发明优选实施例，夹具阵列50的夹具50A、50H(说明整个夹具阵列50、52)经安装以相对于彼此进行枢转移动。举例来说，夹具50B携载轴台64，液压缸65通过汽缸耳轴66而枢转安装到所述轴台64。液压缸65的活塞杆67延伸到邻近夹具50A上方，且通过枢转安装在基座69上的叉杆销68而枢转连接到夹具50B。因此，在液压流体于压力下抽吸到液压缸65中时，通过液压缸65的活塞杆67的延伸和缩回造成夹具50A到50H相对于彼此枢转移动。还可能夹具阵列50、52的夹具可排列成具有两个或两个以上夹具的群组，而非可单独移动。

图4中展示拉伸成形机器的爪的整体侧视图。

与常规拉伸成形程序不同，本发明的优选实施例在夹具阵列50、52的夹具中利用渐进式反向枢轴，其增加拉伸成形零件的外边缘上的伸长/应力，同时将沿着所述零件的中心线区域的伸长减到最小。参看图4到8，这通过将个别夹具阵列50、52的前边缘定位到爪24、25的枢轴位置来实现。将枢轴定位在此位置处会最小化在进一步边缘补偿成形期间将对所述零件的纵向中心线区域的额外伸长/应力。

更具体参看图5和6，爪24(还代表爪25)的爪枢轴位置指示为“X”。夹具阵列52的所述两个所指示的夹具52A和52H(分别表示边缘夹具和中心夹具)具有向前定位的爪枢轴位置，其如图所示准许边缘夹具52A向后枢转，同时夹具52H基本上保持在相同位置中。因而，中心夹具52H所保持的板中心区域维持恒定的理想伸长，同时边缘夹具52A围绕爪枢轴位置X枢转。通过比较图5与图6，展示出中心夹具52H基本上保持静止，而边缘夹具52A已经由于枢转运动的缘故而向后移动，所述枢轴运动由摆动汽缸58、59推动和控制。图6中所表示的角度α为通过向零件的边缘区域添加额外拉伸的角度，同时将零件的中心区域保持在最佳伸长。

图7和图8提供展示处于最佳中心拉伸位置(图7)和处于最佳边缘拉伸位置(图8)的代表性爪和轭组合件的枢转移动的另外视图。

此功能还在图9中依序展示，其中首先将所述零件(例如，板“S”)拉伸到其中零件的中心区域具有最佳伸长的点，但其中边缘区域仍保持皱纹，为清楚起见在很大程度上将所述皱纹夸大。通过进一步旋转所述爪，将板“S”的边缘逐渐进一步伸长，同时维持中心区域的最佳伸长。

如图10所示，纵向方向“L”上的拉伸在板中心区域中从一侧到另一侧基本上是相同的，例如百分之七到八。在单一现有技术拉伸成形操作期间边缘区域E1中的拉伸可以一半或更少，例如百分之3到4。通过使用所揭示的拉伸成形机器10和相关制程，单一拉伸成形操作导致边缘区域E2中的拉伸类似于板中心区域中的拉伸，例如百分之7到8。尽管可能在边缘拉伸步骤期间对中心区域造成一些微小的额外伸长，但最终结果是产生这样一种拉伸成形板：其中，中心区域和边缘区域两者中的拉伸充分相等，从而可在没有中间退火制程及随之造成的额外费用及时间的情况下利用所述板。

以此方式对零件进行拉伸成形特别适用于成形飞机机身和控制面零件，其中，在高度需要最佳拉伸成形的环境中存在复合曲线和相对尖锐的零件角度。图11说明上述类型的拉伸成形适用的飞机的许多区域中的一个区域“A”。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种拉伸成形机器，其中，一对相对弯曲爪组合件夹持金属板的相对端边缘部分以用于最初将所述金属板拉伸到降服状态并将所述金属板成形为预定弯曲构形，改进之处其中为每一爪组合件包含：

a)爪，包含能够相对于彼此移动以共同界定所述爪的弯曲的邻近夹具的一阵列，其中金属板的相应一个相对端边缘部分被载入，以便从邻近所述板的第一角落区域延伸到邻近第二角落区域，其中邻近夹具的所述阵列包括中心定位夹具；

b)可移动轭，连接到所述爪；

c)枢转组件，将所述轭连接到梁轨，以用于将爪绕着一横向延伸的枢转轴线枢转，所述枢转组件在通过相应的夹具所界定的金属板夹持开口之中与所述横向延伸枢转轴线对齐，使得在所述中心定位夹具的枢转移动期间，所述中心定位夹具绕着枢转轴线枢转，藉此在枢转期间保持在实质上相同位置；以及

d)至少一个致动器，用于围绕所述枢转轴线枢转所述爪，且推动位于夹具阵列的相对端处的夹具远离枢转轴线，同时中心定位夹具保持在实质上相同的位置，以拉伸金属板的外边缘，同时充分地将沿着金属板中心线的伸长部分最小化。

2.根据权利要求1所述的拉伸成形机器，进一步包括可移动模具，在所述可移动模具上将所述金属板成形为预定弯曲构形。

3.根据权利要求2所述的拉伸成形机器，进一步包括压弯机组合件，所述压弯机组合件能够相对于用于对所述金属板进行成形的所述模具移动。

4.根据权利要求1所述的拉伸成形机器，进一步包括相应的液压缸，所述液压缸适于使所述夹具或所述夹具群组相对于彼此移动，以将所述金属板的相对端成形为预定弯曲构形。

5.根据权利要求1所述的拉伸成形机器，进一步包括至少一个相应的液压缸，所述液压缸由每一轭携载并适于沿着所述梁轨推动每一轭。

6.根据权利要求1所述的拉伸成形机器，进一步包括至少一个相应的液压缸，所述液压缸由每一轭携载并适于相对于每一相应的轭移动每一爪。

7.一种拉伸成形机器，包含一对相对弯曲爪组合件以用于夹持金属板的相对端边缘部分，每一爪组合件包括：

a)爪，包含能够相对于彼此移动以界定弯曲的邻近夹具的一阵列，其中，至少一个中心定位夹具定位在位于所述阵列的两个相对端夹具中间的阵列顶点处；

b)可移动轭，连接到所述爪；

c)枢转组件，将所述轭连接到梁轨，并且界定一横向延伸枢转轴线，所述枢转轴线经界定为以下两者的交点：

i)在介于所述至少一个中心定位夹具和金属板之间与所述阵列的曲线正切的线；以及

ii)由所述至少一个中心定位夹具和所述两个端夹具所界定的平面，所述爪在通过相应的夹具所界定的金属板夹持开口之中与所述横向延伸枢转轴线对齐；以及

d)至少一个致动器，连接到所述轭以围绕所述枢转轴线枢转所述爪，进而在拉伸方向上进一步拉伸所述金属板的外角落，同时充分地将沿着所述金属板的中心线的伸长最小化。

8.根据权利要求7所述的拉伸成形机器，进一步包括可移动模具，在所述可移动模具上将所述金属板成形为预定弯曲构形。

9.根据权利要求8所述的拉伸成形机器，进一步包括压弯机组合件，所述压弯机组合件能够相对于用于对所述金属板进行成形的所述模具移动。

10.根据权利要求7所述的拉伸成形机器，进一步包括所携载的相应的液压缸，所述液压缸适于使所述夹具或所述夹具群组相对于彼此移动，以便将所述金属板的相对端成形为预定弯曲构形。

11.根据权利要求7所述的拉伸成形机器，进一步包括至少一个相应的液压缸，所述液压缸由每一轭携载并适于沿着所述梁轨推动每一轭。

12.根据权利要求7所述的拉伸成形机器，进一步包括至少一个相应的液压缸，所述液压缸由每一轭携载并适于相对于每一相应的轭移动每一爪。

13.一种金属板拉伸成形方法，包含以下步骤：

a)提供某种类型的拉伸成形机器，其中一对相对弯曲爪组合件夹持待成形为预定弯曲构形的金属板的相对端边缘部分，每一爪组合件包括：爪，包含能够相对于彼此移动以共同界定所述爪的一部分弯曲的邻近夹具的一阵列，且所述爪适于沿着所述金属板的一个侧边缘从邻近所述板的第一角落延伸到邻近第二角落，其中邻近夹具的所述阵列包括中心定位夹具；可移动轭，连接到所述爪；枢转组件，将所述轭连接到梁轨，用于将爪绕着一横向延伸枢转轴线枢转，所述夹具通过相应的夹具所界定的金属板夹持开口之中与所述横向延伸枢转轴线对齐，使得在所述中心定位夹具的枢转移动期间，所述中心定位夹具绕着枢转轴线枢转，藉此在枢转期间保持在实质上相同位置；以及至少一个致动器，连接到所述轭以用于围绕所述枢转轴线枢转所述爪；

b)通过枢转组件相应于梁轨的移动以将所述爪彼此远离向后缩回以将所述金属板拉伸到降服状态；

c)在模具上方将所述金属板成形为所需曲率；以及

d)使用所述至少一个致动器来围绕所述横向延伸枢转轴线枢转所述爪，以推动位于所述夹具阵列的相对端处的所述夹具远离所述枢转轴线，同时邻近所述夹具阵列的中心线的所述夹具保持近似静止，进而进一步拉伸所述金属板的外边缘，同时充分地将沿着所述金属板的中心线的伸长最小化。

14.根据权利要求13所述的金属板拉伸成形方法，进一步包括在压弯机组合件上方对所述金属板进行成形的步骤，所述压弯机组合件能够相对于所述模具移动。

15.根据权利要求13所述的金属板拉伸成形方法，进一步包括利用计算机控制的伺服反馈技术来界定和控制所述待成形的金属板的形状的步骤。

16.根据权利要求13所述的金属板拉伸成形方法，其中，通过由每一轭所携载的至少一个相应的液压缸而沿着所述梁轨推动所述轭远离彼此来将所述金属板拉伸到降服状态。

17.根据权利要求13所述的金属板拉伸成形方法，其中，通过由每一轭携载的至少一个相应的液压缸在其相应的轭内将所述爪缩回而将所述金属板拉伸到降服状态。

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