CN101596563A - 板材拉形机 - Google Patents

Abstract

本发明的板材拉形机涉及一种用于板类件三维曲面成形的塑性加工设备，属于机械工程领域。其目的是使拉形件的拉应力和拉应变分布趋于均匀，实现大曲率曲面件的拉形，提高拉形质量，提高材料利用率，并降低拉形装置的制造成本。该机主要由机架(1)以及机架(1)左右两侧各一排多个拉料机构和夹料机构(3)组成；所述的拉料机构由三个液压缸(2)相互铰接组成，其中一个水平布置，一个竖直布置，另外一个倾斜布置；所述的夹料机构(3)主要由支架(10)、夹料板(11)和小行程单动液压缸(12)组成。

Description

板材拉形机

技术领域：

板材拉形机是用于板类件三维曲面成形的塑性加工设备，属于机械工程领域。

背景技术：

拉形机是使板材产生拉伸变形的设备，主要应用于航空航天领域中双曲率蒙皮零件的成形。传统的拉形机一般分为横向拉形机和纵向拉形机。拉形时在板材的内外层沿着拉伸方向产生拉应力和拉应变，从而减少工件的回弹量。传统拉形机的夹钳夹持板材后在拉形模的配合下使板材的各个部分沿纵向基本同步拉伸，在成形双曲率蒙皮件时零件的拉应力和拉应变分布明显不均匀，易产生不贴模、拉裂或起皱等成形缺陷。为了消除缺陷，拉形用坯料往往需要较大的工艺余量，使材料的利用率降低。另外，目前常用的拉形机采用了多轴液压伺服控制系统，导致其制造费用昂贵。

发明内容：

本发明的目的在于拉形时使板材的拉应力和拉应变分布更加均匀，实现大曲率三维曲面件的拉形，提高拉形件的成形质量，提高材料利用率，并降低拉形机的制造成本。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种板材拉形机，主要由机架1、拉料机构和夹料机构3组成，所述的拉料机构和夹料机构3采用多个组成一排分别排列在机架1左右两侧；所述的拉料机构由2～3个液压缸2组成，液压缸2的一端分别与机架1活动联接，另一端共同与夹料机构3活动联接。

所述的拉料机构由三个液压缸2组成，其中，一个液压缸2水平布置，一个液压缸2竖直布置，另外一个液压缸2倾斜布置。

所述的拉料机构由两个液压缸2组成，其中，一个液压缸2竖直布置，另外一个液压缸2倾斜布置或水平布置。

所述的液压缸2一端分别与机架1的活动连接方式以及另一端共同与夹料机构3的活动连接方式采用铰接或万向节联接。

所述的夹料机构3主要由与拉料机构的液压缸连接的支架10、装在支架10上的夹料板11和对夹料板11施力的小行程单动液压缸12组成，所述的小行程单动液压缸12通过弹性元件弹力回程。

所述的弹性元件采用螺旋弹簧或聚氨酯橡胶。

所述的夹料板11采用板料流动式结构或咬紧板料式结构。

所述的多个排列在机架1左右两侧的夹料机构3，分别通过装在液压缸2与夹料机构3联接处的钢丝软轴13串联在一起。

所述的机架1左侧一排多个拉料机构和夹料机构与机架1右侧一排多个拉料机构和夹料机构之间的距离可调。

本发明的板材拉形机，主要由机架1以及机架1左右两侧各一排多个拉料机构和夹料机构3组成。拉料机构由三个液压缸2相互铰接组成，其中，一个水平布置，一个竖直布置，另外一个倾斜布置；因此，左右两侧各一排多个拉料机构分别由一排多个水平布置的液压缸2、一排多个竖直布置的液压缸2以及一排多个倾斜布置的液压缸2组成。液压缸2的一端分别与机架1铰接或万向节联接，另外一端共同与夹料机构3铰接或万向节联接。通过设置不同的液压力，可以调整各个液压缸2的行程，还可以调整与夹料机构3铰接处的液压缸2之间的夹角，从而改变夹料机构3的位置及拉形方向。为了简化控制系统结构，液压缸2的液压力与动作可以分组控制；水平布置的所有液压缸2可以用一个电磁阀控制，也可以分为左右两组，各用一个电磁阀控制；竖直布置的所有液压缸2及倾斜布置的所有液压缸2同样可以分别分为一组或两组控制。拉形时，使用全部或若干个夹料机构3夹持住板材4，并通过相对应的拉料机构在拉形模具5的配合下拉伸成形板材4。在拉形时，通过调整液压缸2的液压力，可以获得最佳拉伸位置和角度。虽然在同一方向作用的液压缸2中液压力相同，但由于模具5的横向截面形状不同，利用最小阻力定律，各个夹料机构3沿拉伸方向产生不同的位移量，同时各个拉料机构的拉伸角度也会产生一定的变化，从而使拉形件的拉应力和拉应变的分布更加均匀。拉料机构也可以由两个液压缸2组成，一个竖直布置，另一个倾斜布置或水平布置。

技术效果：本发明的板材拉形机，与传统拉形机相比，通过水平、竖直和倾斜布置的三排液压缸的相互作用，使施加在板材上的载荷路径更加合理，使拉形件的拉应力和拉应变的分布更加均匀，提高拉形件的成形质量，实现大曲率曲面的拉形，减少拉形件的工艺余量，提高材料利用率。该机摒弃了传统拉形机复杂的控制系统，采用结构简单、造价低廉的液压系统来柔性控制板材的变形，从而使拉形机的制造成本显著降低。

附图说明：

图1是拉形机的示意图，其中：

图1(a)是主视图；

图1(b)是俯视图。

图2是与竖直拉形模配合使用的拉形状态示意图。

图3是与平缓拉形模配合使用的拉形状态示意图。

图4是左右两侧拉料机构和夹料机构之间距离可以调整的拉形机示意图。

图5是液压缸与机架铰接的示意图，其中：

图5(a)是主视图；

图5(b)是主视图的A-A截面视图。

图6是液压缸与机架万向节联接示意图，其中：

图6(a)是主视图；

图6(b)是主视图的A-A截面视图。

图7是采用螺纹联接的液压缸与机架铰接的示意图。

图8是液压缸和夹料机构铰接的示意图，其中：

图8(a)是主视图；

图8(b)是主视图的A-A截面视图。

图9是液压缸与夹料机构万向节联接示意图，其中：

图9(a)是主视图；

图9(b)是主视图的A-A截面视图。

图10是夹料机构示意图，其中：

图10(a)是主视图；

图10(b)是主视图的右视图。

图11是板料流动式夹料板的示意图。

图12是咬紧板料式夹料板的三维图。

图13是在液压缸和夹料机构铰接处穿装软轴的示意图。

其中：1.机架，2.液压缸，3.夹料机构，4.板材，5.模具，6.模具支架，7.支撑座，8.销轴，9.万向接头，10.支架，11.夹料板，12.小行程单动液压缸，13.钢丝软轴，14.紧定螺钉，15.软轴卡头

具体实施方式：

下面结合附图所示的实施例进一步说明本发明的具体内容和工作过程。

图1是拉形机的示意图，主要由机架1以及机架1左右两侧各一排五个拉料机构和夹料机构3组成。拉料机构由三个液压缸2组成，一个水平布置，一个竖直布置，另外一个倾斜布置。液压缸2的一端分别与机架1铰接，另一端共同与夹料机构3铰接。通过改变液压缸2的液压力，可以改变液压缸2的行程，也可以改变液压缸2相互之间的夹角，从而改变夹料机构3的位置及拉形方向。水平、竖直或倾斜的液压缸2的液压力可以按排为单位进行控制。在拉形时，通过控制液压缸2中液压力的大小来控制各个夹料机构3的位置及拉形方向，从而使板材4获得最佳拉伸位置与角度。图2是与竖直拉形模配合使用的拉形状态示意图。首先，通过水平布置的一排液压缸2对板材4施加拉力进行预拉伸；其次，通过竖直布置或倾斜布置的液压缸2使板材4逐渐贴模，并在模具5的配合下拉伸成形；最后，通过竖直布置的液压缸2对板材4施加拉力实现板材4的竖直拉形。图3是与平缓拉形模配合使用的拉形状态示意图。首先，通过水平布置的一排液压缸2对板材4施加拉力进行预拉伸；其次，通过水平布置和倾斜布置的两排液压缸2使板材4逐渐贴模并实现板材4的成形。针对各种不同曲率与不同宽度的模具5，可以通过对液压缸2行程适当的设计与控制来实现板材4的预拉伸以及最终成形。图4是左右两侧拉料机构和夹料机构之间距离可以调整的拉形机示意图，这种结构的拉形机可以与尺寸变化很大的模具5配合使用。距离调整后，可以使用由液压缸或紧固件构成的自锁机构锁住拉料机构的框架。

图5是液压缸与机架铰接的示意图，支撑座7与机架1通过螺钉联接，支撑座7通过销轴8与液压缸2联接在一起，这样使得液压缸2获得一个方向转动自由度。图6是液压缸与机架万向节联接示意图，在拉形时，有时需要夹料机构3沿板材4横向产生少量的位移，这就需要液压缸2具有两个方向的转动自由度。在图6中，支撑座7与机架1通过螺钉联接，支撑座7通过销轴8联接万向接头9，万向接头9再通过另一个销轴8联接液压缸2，这样通过两处铰接来使液压缸2具有两个方向的转动自由度。图7是采用螺纹联接的液压缸与机架铰接的示意图，支撑座7与机架1上相应的螺纹孔联接，支撑座7通过销轴8与液压缸2联接在一起，这样使得液压缸2获得一个方向转动自由度。也可以采用带螺纹的支撑座7来实现液压缸2与机架1的万向节联接。图8是液压缸和夹料机构铰接的示意图，三个液压缸2通过销轴8共同联接在夹料机构3上，这样可以使夹料机构3在与液压缸2的联接位置具有一个方向的转动自由度。图9是液压缸与夹料机构的万向节联接示意图，液压缸2通过销轴8联接万向接头9，万向接头9再通过另一个销轴8联接夹料机构3。在拉形时，为了使夹料机构3在板材4的横向有少量位移，也可以使夹料机构3在与液压缸2联接位置具有两个方向的转动自由度；这一目的可以通过图9中的联接方式来实现。也可以在液压缸2与机架1的联接处以及液压缸2与夹料机构3的联接处都采用万向节联接方式。

图10是夹料机构示意图，夹料机构3主要由支架10、夹料板11和小行程单动液压缸12组成。当要加紧板材4时，通过小行程单动液压缸12推动夹料板11，夹料板11加紧板材4。当要松开板材时，释放小行程单动液压缸12中的液压油，通过螺旋弹簧或聚氨酯橡胶等弹性元件使夹料板11恢复到原来的位置。图11是板料流动式夹料板的示意图，采用这种形式可以使板料在夹料板11内流动，从而有效的防止板材4拉裂。图12是咬紧板料式夹料板的三维图，采用这种形式可以咬紧板料，在拉形过程中，板料不能在夹料板12内流动。图13是在液压缸和夹料机构铰接处穿装钢丝软轴的示意图，在销轴8的中心加工直径大于钢丝软轴13直径的通孔用来穿装钢丝软轴13，并在钢丝软轴13的两端通过紧定螺钉14安装软轴卡头15来限制钢丝软轴13的串动。通过穿装钢丝软轴13可以实现各个夹料机构3位移的基本同步。

下面举例来说明拉形机的工作过程。首先，根据模具的大小和所要成形板材的大小通过液压力来控制各个夹料机构的初始位置以便夹持板材，并根据需要进行预拉伸；然后，按排为单位来控制水平布置的一排液压缸、竖直布置的一排液压缸或倾斜布置的一排液压缸中的液压力，从而控制各个夹料机构的位置与拉伸方向，以便使板材获得最佳的拉伸方向与拉伸量。在拉形过程中，虽然每排液压缸中的液压力相同，但由于模具横向截面形状的不同，可以使板材获得最佳拉伸方向与拉伸量，从而使板材的拉应力和拉应变分布更加均匀。

本发明的拉形机摒弃了传统拉形机复杂的控制系统，采用更加合理的结构设计，使拉形件的拉应力和拉应变分布更加均匀，实现大曲率曲面件的拉形，提高拉形件的质量，提高材料的利用率，并降低拉形机的制造成本。

Claims (9)

1、一种板材拉形机，主要由机架(1)、左右两侧各一排多个拉料机构和夹料机构(3)组成，其特征在于，所述的拉料机构由2～3个液压缸(2)组成，液压缸(2)的一端分别与机架(1)活动联接，另一端共同与夹料机构(3)活动联接。

2、根据权利要求1所述的板材拉形机，其特征在于，所述的拉料机构由三个液压缸(2)组成，其中，一个液压缸(2)水平布置，一个液压缸(2)竖直布置，另外一个液压缸(2)倾斜布置。

3、根据权利要求1所述的板材拉形机，其特征在于，所述的拉料机构由两个液压缸(2)组成，其中，一个液压缸(2)竖直布置，另外一个液压缸(2)倾斜布置或水平布置。

4、根据权利要求1或2或3所述的板材拉形机，其特征在于，所述的液压缸(2)与机架(1)的活动连接方式或与夹料机构(3)的活动连接方式采用铰接或万向节联接。

5、根据权利要求1所述的板材拉形机，其特征在于，所述的夹料机构(3)主要由与拉料机构的液压缸连接的支架(10)、装在支架(10)上的夹料板(11)和对夹料板(11)施力的小行程单动液压缸(12)组成，所述的小行程单动液压缸(12)通过弹性元件弹力回程。

6、根据权利要求5所述的板材拉形机，其特征在于，所述的弹性元件采用螺旋弹簧或聚氨酯橡胶。

7、根据权利要求5所述的板材拉形机，其特征在于，所述的夹料板(11)采用板料流动式结构或咬紧板料式结构。

8、根据权利要求1所述的板材拉形机，其特征在于，所述的多个排列在机架(1)左右两侧的夹料机构(3)，分别通过装在液压缸(2)与夹料机构(3)联接处的钢丝软轴(13)串联在一起。

9、根据权利要求1所述的板材拉形机，其特征在于，所述的机架(1)左侧一排多个拉料机构和夹料机构与机架(1)右侧一排多个拉料机构和夹料机构之间的距离可调。

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