CN102205366A - 可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属塑性加工领域，涉及一种可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，其特点是可快速构成型面单向连续的拉形模具，用于不同形状的三维曲面零件的拉伸成形。该装置由紧密排列的柔性条阵列构成模具型面，柔性条沿垂直于拉形方向排列，每个柔性条由一排调形单元控制，每个调形单元都可以独立进行高度调整，通过调形单元的高度控制，改变各柔性条的曲线形状，形成具有不同三维型面的模具。使用本发明的调形装置，可以实现金属曲面零件的快速拉伸成形，与整体模具拉形相比，可以节省模具设计与制造费用；特别是由于所构成的模具型面在垂直于拉形方向具有连续性，与现有的离散模具拉形相比，可明显提高成形质量。

Description

可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置

技术领域

本发明涉及一种可重构模具的调形装置，用于三维曲面零件的拉伸成形，属于金属塑性加工领域。

背景技术

拉伸成形是飞机蒙皮件的主要加工方式。传统的蒙皮拉形采用整体式模具，但是，所需要的拉形模具数量太多。如一架普通的战斗机就有蒙皮零件数百件，需要的拉形模达数百套，并且每套模具的体积达数立方米、重量达数吨，因此，其制造成本高、周期长。蒙皮件的成形是飞机制造的难点之一，而拉形模是制约蒙皮件快速成形的关键因素。为解决拉形模具的设计制造问题，人们进行了很多尝试，其中采用多点模具的拉形技术，目前被看做是具有良好应用前景的成形方法。多点拉形技术将传统的实体模具离散成规则排列的冲头基本体点阵，形成多点式、可数字化控制的模具。通过调整冲头基本体的高度，构造出具有不同型面的拉形模具。虽然多点拉形装置可以替代整体式模具进行不同形状蒙皮件的成形，但是，多点拉形模具是用离散点来近似连续模具型面的，在拉形过程中，由于各基本体单元球头与板料是离散点式接触，成形件上极易产生沿拉形方向的沟状拉痕缺陷，严重影响拉形件的表面质量。为消除拉痕，必须在板料与多点模具间使用比较厚的弹性垫，弹性垫的使用虽然解决了成形缺陷问题，但是却导致了成形精度的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模具型面可重构的柔性装置，代替整体模具实现三维曲面零件的快速拉形；通过一排柔性条的包络面形成由离散线构成的单向连续的模具型面，由于垂直于拉形方向模具型面连续，从而不会在拉形中产生拉痕，既提高了加工件的表面质量，又可保证成形精度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，主要由柔性条阵列、调形单元组以及侧固定板和底座组成，所述的柔性条阵列由一排紧密排列的柔性条1构成，柔性条1沿垂直于拉形的方向布置，每个柔性条1通过夹持架7约束在调形单元2上，夹持架7随着柔性条1的弯曲沿柔性条轴线方向摆动，每个调形单元2高度可调并能在任意位置定位，通过调形单元2控制的柔性条1的包络面形成一排垂直于拉形方向曲线，构成模具的型面，调形单元2由侧固定板3、底座4固定，形成一个型面可控制的柔性模具。

通过调整调形单元的高度，改变控制点处柔性条的高度方向坐标，对柔性条的曲线形状进行调整。

所述的柔性条1轴线能弯曲，且有一定的刚度与强度，柔性条1截面为圆形或截面的上部为圆形，柔性条1采用聚氨酯橡胶条或钢丝软轴。

所述的截面为圆形的柔性条为圆形截面的柔性条6，截面的上部为圆形的柔性条为圆帽状T型截面柔性条5，为保证有效约束，圆帽状T型截面柔性条5的柔性条截面及夹持架7的夹持槽截面皆为梯形；圆形截面的柔性条6的夹持槽的最高点超过圆形截面的圆心。

所述的调形单元2由柔性条夹持架7、调整体8和控制单元10构成，调整体8能沿其轴向上下移动，并能在任意位置定位，调整体8由控制单元10控制，其高度由调整螺杆11调整，夹持架7通过圆柱销9与调整体8连接，在调形过程中，夹持架7随着柔性条1的弯曲能够绕圆柱销9转动。

本发明借鉴了多点成形中模具型面柔性可变的思想，多点模具的型面由离散点构成，本发明调形装置的拉形模具则由离散线构成，柔性条的曲线形状由所要成形的三维曲面零件形状决定。柔性条的调形可以采用计算机自动控制，也可以采用手动控制。本发明的优点是可以实现金属曲面零件的快速拉伸成形，与整体模具拉形相比，可以节省模具设计与制造费用；与多点模具拉形相比，由于该调形装置所构成的模具型面在垂直于拉形方向具有连续性，因此可避免拉形方向的成形缺陷，提高成形质量。

附图说明

图1是可重构模具的调形装置三维结构示意图；

图2a是调形后的可重构模具的调形装置示意图；

图2b是带拉形件的可重构模具的调形装置示意图；

图3是柔性条及其调形单元组结构示意图；

图4a是圆帽状T型截面的柔性条及调形单元结构简图；

图4b是圆形截面柔性条及调形单元结构简图。

图中：1.柔性条，2.调形单元，3.侧固定板，4.底座，5.圆帽状T型截面柔性条，6.圆形截面柔性条，7.夹持架，8.调整体，9.圆柱销，10.控制单元，11.调整螺杆

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。

图1是可重构模具的调形装置三维结构示意图，由一排柔性条1、多组调形单元2以及侧固定板3、底座4等构成。柔性条1约束在调形单元2上，调形单元2由侧固定板3、底座4固定形成一个整体。

图2a是调形后的可重构模具的调形装置示意图，图2b是该装置在三维曲面拉形工作过程中的示意图。该装置的柔性拉形模具型面由一排柔性条1来构造，柔性条1的布置方向垂直于板料的拉形方向，所有柔性条1调形后，其包络面形成了由离散线构成的模具型面。

图3是柔性条及其调形单元组的结构示意图，柔性条1的曲线形状由一组调形单元2控制。圆帽状T型截面柔性条5(或圆形截面柔性条6)由夹持架7约束在调整体8上，调整体8由控制单元10控制沿其轴向上下移动，并可在任意位置定位。通过控制调整调整体8的高度，改变控制点处柔性条的高度方向坐标，实现对柔性条的曲线形状的调整。

参照图2、图3、图4，该装置的调形过程按以下步骤进行：根据要成形的三维曲面零件确定各柔性条的曲线形状，进而确定柔性条1各控制点的高度坐标；通过数控或机械方式的控制单元10控制调形单元2，驱动调整螺杆11正向或反向转动，使调整体8上升或下降。随着调整体高度变化，夹持架7绕圆柱销9转动，柔性条1发生弯曲，柔性条1上的控制点均达到所需高度定位后，即完成该柔性条的调形。当曲面零件的变形量比较小时，柔性条1的形状可以逐点调整；但当曲面零件的变形量比较小时，柔性条的各点必须同步调整。所有的柔性条调整完成后，即得到所需要的模具型面，用于曲面零件拉形。

Claims (4)

1.一种可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，主要由柔性条阵列、调形单元组以及侧固定板和底座组成，其特征在于，所述的柔性条阵列由一排紧密排列的柔性条(1)构成，柔性条(1)沿垂直于拉形的方向布置，每个柔性条(1)通过夹持架(7)约束在调形单元(2)上，夹持架(7)随着柔性条(1)的弯曲沿柔性条轴线方向摆动，每个调形单元(2)高度可调并能在任意位置定位，通过调形单元(2)控制的柔性条(1)的包络面形成一排垂直于拉形方向曲线，构成模具的型面，调形单元(2)由侧固定板(3)、底座(4)固定，形成一个型面可控制的柔性模具。

2.根据权利要求1所述的可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，其特征在于，所述的柔性条(1)轴线能弯曲，且有一定的刚度与强度，柔性条(1)截面为圆形或截面的上部为圆形，柔性条(1)采用聚氨酯橡胶条或钢丝软轴。

3.根据权利要求2所述的可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，其特征在于，所述的截面为圆形的柔性条为圆形截面的柔性条(6)，截面的上部为圆形的柔性条为圆帽状T型截面柔性条(5)，为保证有效约束，圆帽状T型截面柔性条(5)的柔性条截面及夹持架(7)的夹持槽截面皆为梯形；圆形截面的柔性条(6)的夹持槽的最高点超过圆形截面的圆心。

4.根据权利要求1所述的可重构单向连续模具型面的柔性拉形装置，其特征在于，所述的调形单元(2)由柔性条夹持架(7)、调整体(8)和控制单元(10)构成，调整体(8)能沿其轴向上下移动，并能在任意位置定位，调整体(8)由控制单元(10)控制，其高度由调整螺杆(11)调整，夹持架(7)通过圆柱销(9)与调整体(8)连接，在调形过程中，夹持架(7)随着柔性条(1)的弯曲能够绕圆柱销(9)转动。

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