CN101549377B - 方形压头可调活络模具板材曲面成形装置 - Google Patents

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Abstract

一种方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，主要由上下两组带有可摆动的方形压头(1)、高度能够调节的可调模(4)和加载机构组成，上、下两组可调模(4)安装在加载机构中，上、下两组可调模(4)中至少有一组在加载机构驱动下可上下移动；上、下两组可调模(4)中分别设置有M×N个和(M-1)×(N-1)个可摆动的方形压头(1)，上、下方形压头(1)在纵横两个方向均相互错位排列，且方形压头(1)的施压面为平面或曲面；目的是为船舶大型尺度板材改水火加工为冷弯加工，消除板材在冲压过程中产生的皱折变形和减少压痕，提高加工质量，为船体外板曲面构件的加工，提供一种新型的模具，实现用冷冲压方法进行船体外板构件的成形加工。

Description

方形压头可调活络模具板材曲面成形装置
一、技术领域：
本发明涉及一种板材构件曲面成形用的装置，主要用于具有三维曲面的船体外板构件等可调活络模具的造型和进行冲压的塑性成形加工，属于机械工程领域。
二、背景技术：
曲面板材零件的制造，其传统的曲面成形方法主要是冲压成形。但是冲压成形主要用于大批量生产，这种成形方法加工一种零件往往需要数套整体式模具。冲压加工件的精度好、质量高，但是存在模具制造成本高，生产周期长等问题。
随着我国经济的迅速发展，造船业也在迅速发展。造船中的船体外板相同构件的批量极少、形状复杂、尺度大，曲率较小，如制成整体式的大型模具进行加工，则非常昂贵，几乎是不可能的。故目前对于简单曲度的船体外板构件，一般是使用三芯辊或油压机的方法进行加工；而对于复杂曲面的船体外板构件，则是使用上述机械方法预先进行横向曲度加工，在初步成形的基础上，再由人工使用水火弯板的方法进行纵向弯曲。众所周知，水火弯板成形工艺的生产条件差、劳动强度大、对工人技术水平要求高、生产效率低下等。
为此，人们在进行多压头和多点式板材成形的探讨。
已有的有关代表性技术文献有：
文献1用于板材冲压加工的“板材多点成形装置”(专利号02273508.9)等；
文献2用于飞机板材蒙皮技术的DE4213490C1专利等；
文献3用于造船的技术方案“日本多压头式弯板机”(船体建造工艺学，人民交通出版社，1980年12月，第141-149页)。
文献1的压头为球形曲面，在冲压造型时，与板材为“多点”接触，冲压后板材的压痕大，且受压缩变形部分的板材容易产生有害的皱折变形。为避免皱折变形的产生，在模具周围需另外设置压边缸、压边圈或垫板等措施，但仍不能很好地解决压痕大和皱折变形的问题。文献2的压头是可随板形摆动的球形曲面，但是与板材也是点接触，只是接触面积有所增大，为保持板材的光顺性，需在被加工板材的下面放上橡胶垫和弹性垫，同样不能很好地解决压痕大和皱折变形的问题。文献3的压头是可随板形摆动的圆盘形，虽然压头与板材的接触面比前者大的多，但是在各盘形压头之间仍有许多板材部分暴露，没有被压住，如此会致使受压缩变形部分的板材在此产生有害的皱折变形，另外，因受压部分板材的失稳，驱使上下对中的一对压头产生摆动，仍然使板材产生有害的皱折变形。从上述等文献看出，其压头不外是圆盘形或球形曲面。如何在板材冲压过程中防止产生皱折变形和减小压痕，是板材多压头和多点式板材成形加工中的一个技术难题。
三、发明内容：
本发明的目的是提供一种方形压头可调活络模具板材曲面成形使用的装置，是为船舶大型尺度外板曲面构件改水火加工为冷弯加工，消除外板曲面构件在冲压过程中产生的皱折变形和减少压痕，提高加工质量，为船体外板曲面构件的加工，提供一种新的曲面造型的方形压头可调活络模具，实现用冷冲压方法进行船体外板构件的成形加工。
本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：
一种方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，主要由上下两组带有可摆动的方形压头1、高度能够调节的可调模4和加载机构组成，上、下两组可调模4安装在加载机构中，上、下两组可调模4中至少有一组在加载机构驱动下可上下移动。
所述的可调模4是：由一组M×N个可摆动的方形压头1安装在固定框架3内，每个方形压头1的高度均可进行调节，组成下或上可调模4；由一组(M-1)×(N-1)个可摆动的方形压头1安装在固定框架3内的支撑体2上，组成上或下可调模4；即，当其M×N个方形压头1的模具为下可调模4时，则其(M-1)×(N-1)个方形压头1的模具为上可调模4；当其M×N个方形压头1的模具为上可调模4时，则其(M-1)×(N-1)个方形压头1的模具为下可调模4。上、下可调模4中的每个方形压头1的高度均可进行调节，且上、下可调模4的方形压头1在纵横两个方向均相互错位排列。
使用上、下两组可调模4，可迅速构筑成一个密集的、各方形压头之间间隙非常小的、压合面积最大的设定曲面5。使用加载机构6驱动上可调模4向下，对板材7进行施压，达到板材成形目的，或者使用加载机构6分别驱动上、下可调模4的方法，对板材7进行施压。可调模4能较好的替代昂贵的整体式模具。
所述的可摆动的方形压头1是：由方板a和球体b两部分组成。方板a的一面为施压面、另一面为球体b；方板a的施压面为平面或球面；方板a的施压面为平面时，其边缘部分可设置有锥度或弧度c，球体b部分坐落在固定框架3内的端面带有凹形球面的支撑体2上、并通过弹簧8与方形压头1柔性联结，便于方形压头1的摆动。
支撑体2的另一端通过螺杆9与电机(步进电机)连接，这样，方形压头1、支撑体2、弹簧8、螺杆9与电机形成一个压头单元体。通过数控方法控制电机，便可调控压头单元体的高度，即方形压头1的高度。
所述的上、下可调模4的排列方式是：由一组以矩形方式紧密排列的(M-1)×(N-1)方形压头1组成的上或下可调模4和由一组以矩形方式紧密排列的M×N方形压头1组成的下或上可调模4，上可调模4的中心与下可调模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可调模4与下可调模4中方形压头1，在纵向和横向上是交错对称排列的；对板材7施压时，上、下可调模4的各方形压头1能互相支撑，不会因板材变形导致方形压头1产生倾斜摆动。同时也可避免上可调模各方形压头1之间的空隙与下可调模各方形压头1之间的空隙的重叠，能有效地避免冲压过程中产生的皱折变形和减少压痕。最后能强制板材7在限定的上、下可调模4形成的间隙中进行塑性成形。
由于本发明的上、下可调模4设置了施压面为平面的方形压头1，在板材冲压时，方形压头1对板材为面接触，大大减少了一般压头之间的间隙；且上、下可调模4的方形压头1为错位排列使各方形压头1能互相支持，不会因材料变形导致方形压头1，产生倾斜摆动，也使上、下可调模4的方形压头1之间的间隙不再重叠。
使用方形压头可调活络模具的板材曲面成形方法，可迅速构筑成一个密集的、方形压头之间间隙非常小的、压合面积最大的可调活络模具的曲面，该方形压头1的尺寸越小，方形压头1之间间隙越小，曲面造型的光顺性和质量越好，能较好的替代昂贵的整体式模具；由方形压头形成的可调活络模具与其它多压头或多点板材成形方式的压头相比，压头与被加工件的接触面积最大，几乎能全部压住被加工的板材，同时由于上、下可调活络模具中的方形压头，在纵向和横向均是交错对称排列，施压时能互相支撑，也不会因板材变形导致产生倾斜摆动，因而能强制板材在限定的上、下可调活络模具形成的间隙中进行塑性成形，故能有效防止板材成形过程中皱折缺陷的产生，也能减少压痕缺陷，显著的提高了板材的成形质量。
四、附图说明：
图1使用方形压头可调活络模具进行曲面造型的方法示意图；
图2使用方形压头可调活络模具的船舶板材曲面成形方法示意图；
图3可调模中压头单元体的组成示意图；
图4方形压头的结构形式示意图；
图5方形压头在可调模上的连接示意图；
图6上、下可调模的排列示意图；
图7使用方形压头可调活络模具的板材曲面成形装置的示意图。
图中：1-方形压头；2-支撑体；3-固定框架；4-可调模；5-设定曲面；6-压力机；7-板材；8-弹簧；9-螺杆；10-驱动电机。
五、具体实施方式：
下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及工作过程。
方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，主要用于造船中的船体外板构件等大型三维板材的成形加工。与其它板材的成形加工的不同，主要是使用本发明的方形压头，构筑成一个密集的、压头之间间隙非常小的、接近整体式的可调活络模具的方法，能进行任意曲面造型，解决板材冲压产生皱折变形的技术难题。
图1是使用方形压头可调活络模具进行曲面造型的方法示意图。使用一组M×N装有可摆动的方形压头1的可调模4，安装在固定框架3内，均可使用电动或其它方法驱动其上下运动，并可使用数控方法对其进行高度上的调节，组成下可调模4，可调模4上的方形压头1的施压面是一个平面。下可调模4，可迅速构筑成一个密集的、各方形压头之间间隙非常小的、压合面积最大的设定曲面5。可调模4能较好的替代昂贵的整体式模具。方形压头1的方形尺寸较可调模4的断面方形尺寸略小一些，达到能适应弯板时的摆动要求即可，该方形压头1的尺寸越小，曲面造型的光顺性和质量越好，方形压头1的尺寸应依实际加工的常用板材的规格决定。
图2是使用方形压头可调活络模具的船舶板材曲面成形方法示意图。使用一组具M×N装有可摆动的方形压头1安装在固定框架3内的的支撑体2上，均可使用电动或其它方法驱动其上下运动，并可使用数控方法对其进行高度上的调节，组成下可调模4。同样，使用一组(M-1)×(N-1)装有可摆动的方形压头1安装在固定框架3内的的支撑体2上，均可使用电动驱动其上下运动，并可使用数控方法对其进行高度上的调节，组成上可调模4。使用压力机6驱动上可调模4向下，对板材7进行施压，达到板材成形目的。或者使用一组(M-1)×(N-1)油缸分别驱动各上可调模4的方法，组成上可调模4。对放在之间的板材7施压，既实现了对板材7进行设定曲面5的三维曲面的冲压成形，也达到了防止板材冲压时产生皱折变形的目的。该可调模4，其宽度应满足船舶板材7宽度的需要，长度上能覆盖船舶板材部分长度，通过逐段进给，逐段成形，即可实现较大长度的船体板材的曲面成形。
图3是可调模中压头单元体的组成示意图。压头单元体是由方形压头1、支撑体2、螺杆9、电机10等组成，电机10可带动螺杆9旋转，靠螺旋副的作用，使可调模4上的压头单元体上升或下降，进而使在其端部的方形压头1的高度能够按照需要进行调整。当一组M×N的可调模4上的方形压头1高度按照设定曲面5的要求调节好之后，即可作为板材成形所需要的曲面模具。
图4是方形压头的结构形式示意图。方形压头1是由方板a和球体b两部分组成。方板a的施压面为平面，也可制成半径非常大的球形曲面。方板a施压面为平面时，施压面上的边缘部分可设置有锥度或弧度c，设置目的是使方形压头1的施压面不形成尖角，避免使板材产生压痕。与其它的多压头板材弯曲方式和板材多点成形装置的压头相比，由于方形压头1与板材7的接触面积最大，故具有防止板材7的受压失稳和减少压痕的优点。
图5是方形压头在可调模上的连接示意图。为实现板材7的曲面成形加工，方形压头1必需能够适应板材7弯曲，应有足够的摆动幅度。为此，方形压头1上的球体b部分坐落在固定框架3内的端面带有凹形球面的支撑体2的上，使用弹簧8将方形压头1与固定框架3柔性地强有力地联结在一起，因而方形压头1就能获得适应板材曲面成形的摆动要求。
图6是上、下可调模的排列示意图。上、下可调模的排列方式是，由一组以矩形方式紧密排列的(M-1)×(N-1)方形压头1组成的可调模4和由一组以矩形方式紧密排列的M×N方形压头1组成的可调模4，上可调模4的中心与下可调模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可调模4与下可调模4中的方形压头1，在纵向和横向上也是交错对称排列的，对板材7施压时，各方形压头1能互相支撑，不会因板材变形导致方形压头1产生倾斜摆动，上可调模4上的任何一个方形压头1都会被下可调模4上的相邻的四个方形压头1支持，反之一样，下可调模4上的任何一个方形压头1都会被上可调模4上的相邻的四个方形压头1支持，各方形压头1都不会因板材失稳而产生倾斜摆动，最后能强制板材7在限定的上、下可调模4形成的间隙中进行塑性成形，从而能有效的防止板材皱折现象的发生。
图7是使用方形压头可调活络模具的板材曲面成形装置的示意图。方形压头可调活络模具的板材曲面成形装置，包括：1-方形压头；2-支撑体；3-固定框架；4-可调模；6-压力机。本实施例的加载机构为压力机6。一组带有方形压头1的支撑体2装在固定框架3内，可组成上、下可调模4，下可调模4安装在压力机6的底座6(a)上，上可调模4安装在压力机6的活动横梁6(b)上，活动横梁6(b)与安装在上梁6(c)的施压油缸6(d)连接，在施压油缸6(d)的驱动下，上可调模4可进行上下运动，与下可调模4一起，对被加工的板材进行冲压加工。
由此可见，由于本发明的上、下可调模设置了施压面为平面的方形压头1，在板材冲压时，方形压头1对板材为面接触，大大减少了方形压头1之间的间隙，且上、下可调模的方形压头1为错位排列，使上、下可调模的方形压头1之间的间隙不再重叠，因此能有效地避免了冲压过程中皱折变形和压痕的产生，能提高加工质量。

Claims (1)

1.一种方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，主要由上下两组带有可摆动的方形压头(1)、高度能够调节的可调模(4)和加载机构组成，上、下两组可调模(4)安装在加载机构中，上、下两组可调模(4)中至少有一组在加载机构驱动下可上下移动；
其特征在于：所述的可调模(4)是：由一组M×N个可摆动的方形压头(1)安装在下或上固定框架(3)内的支撑体(2)上，组成下或上可调模(4)；由一组(M-1)×(N-1)个可摆动的方形压头(1)安装在上或下固定框架(3)内的支撑体(2)上，组成上或下可调模(4)；上、下可调模(4)中的每个方形压头(1)的高度均可进行调节，且上、下可调模(4)的方形压头(1)在纵横两个方向均相互错位排列；所述的方形压头(1)是由方板(a)和球体(b)两部分组成；方板(a)的一面为施压面、另一面为球体(b)；方板(a)的施压面为平面，施压面上的边缘部分设置有锥度或弧度(c)，球体(b)部分坐落在支撑体(2)的带有凹形球面的内端面上、并通过弹簧(8)与支撑体(2)柔性联结。
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