CN102101363A - 一种板材多点成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板材多点成形装置，其包括一模架、安装在模架上平板的若干上压头加压单元和安装在模架下平板的若干下压头支撑单元，所述上压头加压单元由上压头、弹簧、行程调节组件组成，上压头安装在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的轴线上下运动，弹簧安装在上压头和模架上平板之间；所述下压头支撑单元由下压头、柱塞和液压缸组成，液压缸固定在模架的下平板上，柱塞与下压头连接。本发明成形曲面可以任意构成且调整方式简便，在成形过程中也不再需要对任何元件进行实时调整，始终有稳定、均匀的法向压力作用在板料上，形成有效的法向约束，能有效抑制板料起皱。其结构合理，操作使用简单，工作可靠，是一种理想的板材多点成形装置。

Description

一种板材多点成形装置

技术领域

本发明涉及板料冲压技术领域，具体地说是一种板材多点成形装置。其适用于曲面板材零件的成形。

背景技术

在汽车、航空航天、船舶、机械、压力容器等行业中广泛采用各类板材成形制件，传统的板材成形一般采用模具冲压来实现，即利用冲压模具在压力机上通过压制板材获得所需零件的形状，随着现代技术的发展，对板材成形制件的冲压精度和产品质量提出了越来越高的要求，传统模具冲压技术的不足已变得越来越明显。

采用传统冲压模具成形各种曲面，尤其是球面、锥面等具有突出部位制件时，在成形过程中总会有相当部分的板材在成形的初期处于悬空状态，此时冲模的凸模或凹模均不与板材的悬空部分接触而不能对其实施有效的法向约束，导致很容易出现起皱等缺陷，不但严重影响成形件的成形质量、精度和模具的寿命，而且有时直接导致后续成形过程无法进行，近年来, 为了满足产品轻量化、强韧化的需求，板材成形制件越来越广泛地应用于各行业，起皱这种难以处理的失稳形式也因此变得越来越普遍，因而，起皱已成为国内外学者长期力图解决的热点和难点课题之一。另一方面，每一个曲面板材制件的成形都需要一套甚至几套冲压模具才能完成，模具的设计、制造、调试周期长且费用高，大大降低了生产的效率和经济性，在多品种、小批量生产时这一问题更为明显。因此，必须开发新的板材成形技术以更好地满足生产的需求。

针对上述问题，国内分别在以下几个方面开展了工作：（1）模具中设置压边装置。这是传统模具冲压技术中应用最多的装置。板材出现起皱的根本原因在于受到了沿板材切向的压应力作用，通过在模具上（一般在成形区的外围）设置压边装置，利用该装置压紧板料的周边，板料在成形过程中，周边压边区域及凸模接触区域板料能受到模具工作面的约束而不易起皱，改善了成形效果，但在两区域之间的板料悬空区域，模具不能对板料施加直接约束，该区域板料在受径向拉应力作用时，受切向压应力的作用，依然很容易起皱。因此，压边装置增加了模具的复杂程度，但不能完全防止起皱。（2）采用橡胶成形、粘性介质成形、充液拉深。这一类的板材冲压成形装置主要是采用具有流动性的传力介质如橡胶、粘性介质或液体来取代传统成形模具的刚性凸模或凹模，由于这一类介质具有在压力作用下流动的特性，在板材成形过程中能够在板料的一侧产生一定的压力分布，有利于对成形中的材料提供法向支撑，且由于只需要制造一个凸模或凹模而传力介质可以反复利用，因此，具有一定的柔性，在很多领域获得了一定的应用。但也存在着显著的不足：橡胶的变形程度有限，难以满足大变形量的复杂制件成形；粘性介质成形和充液拉深都需要对传力介质的压强和流动进行控制，需要在模具上额外增设压力控制系统和机构，增加了成形装置的复杂程度和实际生产的控制要求。(3) 多点成形。CN2548792Y将成形模具的成形面划分为一系列形状简单、离散排列、高度可调的压头构成点阵式模具，构造出模具的成形面，实现板材成形。该装置最大的优点在于可以通过任意调节压头的位置构造出不同的成形曲面，实现板材三维曲面的成形。但多点成形实质上是将模具的成形曲面用压头与板料的接触点阵所取代，并未改善板料在成形过程中的受力状态，曲面件冲压中常见的起皱、回弹等缺陷同样存在。CN1994611A采用弹性垫层，提出在多点成形中将板料夹在一定的弹性垫层中进行成形，依靠弹性垫层的变形对板料施加法向约束，但实际上，起皱更多的是出现在成形的初期，而此弹性垫层只有在上下模具基本压靠或者说是在成形的末期才起作用，也不能完全解决成形起皱的问题。CN2460239Y提出了一种事先不对压头进行位置调整，而在成形中对所有冲头同时进行位移和速度调整，实现加载、变形的装置，这种装置能够实现在板材成形过程中始终对板材施加法向约束，但结构复杂、控制困难、装置造价高：此装置需要在每一个压头上都安装一套由步进电机或伺服电机驱动的特殊制造的液压阀与液压缸，成形过程中通过控制电动机的转数来控制液压缸的位移，由于压头数量较多（往往达到上百个以上），实际上要实现对上百乃至数百个压头同步进行位置检测和实时的速度与位移控制对控制系统要求很高，也导致装置的成本高昂。CN1864884A提出了一种上半模采用多点结构和粘性介质控制相结合，下半模采用粘性介质的成形装置，同样采用事先不对压头进行调整，而在成形过程中通过同步控制步进电动机转动并同时控制粘性介质的流动与压强实现在板材成形过程中始终对板材施加法向约束，但结构复杂、控制困难、装置造价高的缺点依然存在：此装置也需要在每一个压头上都安装一套由较大功率的步进电机以实现在成形过程中带动转动装置驱动压头下行使板料产生变形，且每个步进电机都需要在变形过程中进行实时控制以达到最终成形的目的，同时，还需要多个电液比例溢流阀对粘性介质的压强进行控制。而且，由于粘性介质本身属于流体，当板材较硬或较厚时，要保证板材准确成形需要相当高的压强，普通比例阀难以达到要求。

发明内容

本发明所要解决的的技术问题是为了现有技术的上述不足，提供一种结构合理，操作使用简单，能够避免板材产生起皱，成形曲面可以任意构成且调整方式简便，成形过程中无需对任何元件进行实时调节即能始终对板料提供有效法向约束的板材多点成形装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种板材多点成形装置，其特征在于：其包括一模架、安装在模架上平板的若干上压头加压单元和安装在模架下平板的若干下压头支撑单元，所述上压头加压单元由上压头、弹簧、行程调节组件组成，上压头安装在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的轴线上下运动，弹簧安装在上压头和模架上平板之间；所述下压头支撑单元由下压头、柱塞和液压缸组成，液压缸固定在模架的下平板上，柱塞与下压头连接。

所述行程调节组件设有中间套和调节丝杆，中间套固定在上压头的内孔上端，调节丝杆与中间套之间通过螺纹连接和传递载荷，通过转动调节丝杆调整其高度。这样可以手动快速调节上压头行程。上压头加压单元的行程调节既可以直接在装置上通过转动调节丝杆来实现，也可以将调节丝杆和中间套取出，先在装置外调整好后再插入上压头上端的安装孔内来实现。

所述液压缸的液压油路开设在模架的下平板中。

所述模架的上平板上还安装有由限位支座和限位螺钉组成的可调限位机构。

本发明模架可以安装固定到压力机的工作台上，按照拟成形的曲面形状调整每一个调节丝杆的位置，通过压力机滑块对上压头施压。本发明还可以在模架上进一步安装加载装置和电动行程调节组件。

所述加载装置由上模板、安装架、驱动油缸和活塞组成，驱动油缸安装在上模板上，活塞与模架相连，安装架与上模版固定在一起，行程调节组件的调节杆连接在安装架上，通过驱动油缸的下行，实现对上压头施压。

所述电动行程调节组件由步进电机、联轴节、调节杆、螺纹中间套组成，调节杆和螺纹中间套键连接，螺纹中间套与上压头内孔螺纹连接，步进电机带动调节杆转动，调节螺纹中间套相对上压头的高度。

本发明通过采用若干上压头加压单元，并按照拟成形的板材曲面形状设计、控制每一个上压头的行程；通过采用下压头支撑单元相应地对拟成形的板材实现支撑和法向约束。对照现有技术，本发明的有益效果是，无需压边装置等辅助机构，成形曲面可以任意构成且调整方式简便，在成形过程中也不再需要对任何元件进行实时调整，始终有稳定、均匀的法向压力作用在板料上，形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱。成形曲面的构成与调整方便，便于现场操作，能实现快速更换行程调节组件，其结构合理，操作使用简单，工作可靠，是一种理想的板材多点成形装置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明组成结构示意图。

图2为本发明在行程终点时的示意图。

图3为图1中行程调节组件结构示意图。

图4为本发明另一种结构示意图。

图5为图4中行程调节组件结构示意图。

图中的标号是：1.模架，2.液压接头，3.液压缸，4.柱塞，5.下压头，6.板料，7.上压头，8.弹簧，9.限位支座，10.限位螺钉，11.压力机滑块，12.中间套，13.销钉，14.调节丝杆，15.活塞，16.驱动油缸，17.安装架，18.上模板，19.步进电机，20.联轴节，21.调节杆，22.螺纹中间套，23.键。

具体实施方式

从图1、图2中可以看出，一种板材多点成形装置，其包括一模架1、安装在模架1上平板的若干上压头加压单元和安装在模架下平板的若干下压头支撑单元。所述上压头加压单元由上压头7、弹簧8、行程调节组件组成，上压头7安装在模架1上平板的定位孔中，并可沿孔的轴线上下运动，弹簧8安装在上压头7和模架1上平板之间，用于压制完成后上压头加压单元的回程；所述下压头支撑单元由下压头5、柱塞4和液压缸3组成，液压缸3固定在模架1的下平板上，柱塞4与下压头5连接。本发明采用一组上压头加压单元控制行程、一组下压头支撑单元提供法向约束力的结构，整个模架1可以安装在压力机上进行工作。

从图1、图3中可以看出，所述行程调节组件设有中间套12和调节丝杆14。调节丝杆14与中间套12之间通过螺纹连接和传递载荷，通过调节丝杆14的转动来调整其高度，中间套12安放在上压头7的内孔上端，中间套12上嵌有两个销钉13，在上压头7的上端的对应位置上开有两个销孔。中间套12放入上压头7内时，两个销钉13正好嵌入到销钉孔中，使中间套12不能在与上压头7产生相对转动。调节丝杆14与中间套12通过螺纹连接，旋转调节丝杆14即可调整其高度，从而调整上压头加压单元的行程大小。上压头加压单元的行程调节既可以直接在装置上通过转动调节丝杆14来实现，也可以将调节丝杆14和中间套12取出，先在装置外调整好后，再插入上压头7上端的安装孔来实现。

所述下压头支撑单元由下压头5、柱塞4和液压缸3组成，液压缸3固定在模架1的下平板上，柱塞4在液压缸3内，并与下压头5连接在一起。被成形板料6夹持在上压头加压单元和下压头支撑单元之间，当压力机滑块11驱动上压头加压单元下行时，上压头7压迫板料6，进而推动下压头5和柱塞4向下运动，使液压缸3内的液体经与液压接头2相连的溢流阀排出，在液压缸3内产生压强，使所有柱塞4产生向上的推力，形成对板料6的法向约束。可根据成形板料的厚度和材料性能调整溢流阀的溢流压力控制液压缸3的排液压力，进而控制下压头支撑单元对板料的法向约束力。

所述液压缸3的液压油路开设在模架1的下平板中。液压缸的油孔通过直接与模架下平板上的油路相连。

所述模架1的上平板上还安装有由限位支座9和限位螺钉10组成的可调限位机构。用于对装置行程进行终点限制。调节限位螺钉9的高度即可控制行程终点的位置，可以防止上压头加压单元和下压头支撑单元行程过量，使板料6受压过大产生压痕等缺陷。

图1所示实施例的工作过程是：首先将模架1安装固定到压力机的工作台上，按照拟成形的曲面形状调整调节丝杆14的位置，然后将板料6放置到下压头5的上表面；向液压缸3内充入液体，使柱塞4推动下压头支撑单元中的下压头5上行，将板料6夹紧在下压头支撑单元和上压头加压单元之间；开动压力机，压力机滑块11下行直至其下表面逐次与调节丝杆14的上端面接触，推动上压头加压单元下行压制板料6，并迫使下压头5和柱塞4下行，将液压缸3中的液体经液压接头2再经溢流阀排出。此时，板料6的变形部分和未变形部分均处于上压头加压单元和下压头支撑单元的夹持约束中，此约束力取决于液压缸3内的液体压力，即溢流阀所调定的溢流压力；随着压力机滑块11的逐步下行，板料6的变形区域逐步增大，到压力机滑块11下表面压到所有调节丝杆14时，上压头7的下端面组合成为曲面的最终成形形状，在下压头5的共同作用下，板料变形成为最终需要的产品形状。此时，压力机滑块11下表面也恰好接触到限位螺钉10，防止板料受力过大产生表面压痕，如图2所示。成形完成后，压力机带动压力机滑块11回程，上压头7在弹簧8的作用下逐次复位，同时，使液压缸3排液，柱塞4和下压头5下落，直至都回到各自的起始位置后，取出压制完成的板料。

为适应不同的板材参数与曲面形状，上压头加压单元和下压头支撑单元的划分数量和排列方式可以根据需要设计、调整、变化。另外，还可根据成形板料的厚度和材料性能调整溢流阀的溢流压力控制液压缸3的排液压力，进而控制下压头支撑单元对板料的法向约束力。

本发明模架1可以安装固定到压力机的工作台上，按照拟成形的曲面形状调整每一个调节丝杆的位置，通过压力机滑块对上压头施压。本发明还可以在模架1上进一步安装加载装置，并将行程调节组件改进成电动行程调节组件，如图4、图5所示。

图4为本发明增设加载装置和电动行程调节组件的结构示意图。其通过增设加载装置后变为独立成形装置，可以不用压力机而独立运行进行成形工作，且能够实现上压头加压单元行程的自动调整。

所述加载装置由上模板18、安装架17、驱动油缸16和活塞15组成，驱动油缸16安装在上模板18上，活塞15与模架1相连，安装架17与上模版18固定在一起，行程调节组件的调节杆21连接在安装架17上，通过控制驱动油缸16的下行，即能实现上模板18联同安装架17一起下行，推动上压头加压单元完成板料的成形工作，随后，使驱动油缸16上行，带动上模板18和安装架17回程。

如图5所示，所述电动行程调节组件由步进电机19、联轴节20、调节杆21、螺纹中间套22组成，调节杆21和螺纹中间套22通过键23连接，螺纹中间套22与上压头7内孔螺纹连接，成形前根据拟成形板料的曲面形状，通过控制步进电机19带动调节杆21转动，调节螺纹中间套22相对上压头7的高度。螺纹中间套22的调节高度由步进电机19的转角控制。

图4所示实施例的工作过程采用上述加载装置和电动行程调节组件，其它同如图1所示实施例的工作过程基本相同。

本发明采用若干上压头加压单元，并按照拟成形的板材曲面形状设计、控制每一个上压头的行程；采用下压头支撑单元相应地对拟成形的板材实现支撑和法向约束，成形曲面可以任意构成且调整方式简便，在成形过程中也不再需要对任何元件进行实时调整，始终有稳定、均匀的法向压力作用在板料上，形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱。其结构合理，操作使用简单，工作可靠。

Claims (6)

1.一种板材多点成形装置，其特征是：其包括一模架、安装在模架上平板的若干上压头加压单元和安装在模架下平板的若干下压头支撑单元，所述上压头加压单元由上压头、弹簧、行程调节组件组成，上压头安装在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的轴线上下运动，弹簧安装在上压头和模架上平板之间；所述下压头支撑单元由下压头、柱塞和液压缸组成，液压缸固定在模架的下平板上，柱塞与下压头连接。

2.根据权利要求1所述板材多点成形装置，其特征是：所述行程调节组件设有中间套和调节丝杆，中间套固定在上压头的内孔上端，调节丝杆与中间套之间通过螺纹连接和传递载荷，通过转动调节丝杆调整其高度。

3.根据权利要求1所述板材多点成形装置，其特征是：所述液压缸的液压油路开设在模架的下平板中。

4.根据权利要求1所述板材多点成形装置，其特征是：所述模架的上平板上还安装有由限位支座和限位螺钉组成的可调限位机构。

5.根据权利要求1所述板材多点成形装置，其特征是：所述模架上还安装加载装置，所述加载装置由上模板、安装架、驱动油缸和活塞组成，驱动油缸安装在上模板上，活塞与模架相连，安装架与上模版固定在一起，行程调节组件的调节杆连接在安装架上，通过驱动油缸的下行，实现对上压头施压。

6.根据权利要求1或5所述板材多点成形装置，其特征是：所述行程调节组件由步进电机、联轴节、调节杆、螺纹中间套组成，调节杆和螺纹中间套键连接，螺纹中间套与上压头内孔螺纹连接，步进电机带动调节杆转动，调节螺纹中间套相对上压头的高度。

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