CN102343386B - 逐步成型工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逐步成型工件的方法。该方法可包括在工件上逐步成型加强件并在工件上逐步成型部件。可减小成型工具之间的间隙以再次成型部件。

Description

逐步成型工件的方法

技术领域

本发明涉及逐步成型工件的方法。

背景技术

在逐步成型工件时，通过一系列较小的逐步变形使工件成型为所需配置。可通过沿着工件的一个或多个表面并与其抵靠来移动一个或多个工具提供较小的逐步变形。可沿着预定的或编程的路径进行工具移动。另外，可适应地基于例如来自传感器(如测压元件)的测量的反馈实时编程工具移动路径。这样，可在移动至少一个工具时逐步地进行逐步成型而不从工件去除材料。美国专利申请文件12/369,336中公开了这种系统10的更多细节，其作为参考以全文合并入本文。

在夹具总成中，工件(例如一片平坦的金属板)的未支撑部可在其自身重力下下垂或变形。这种下垂或变形可导致逐步成型部件的实际空间特征与所需或设计意图的配置明显背离。另外，逐步成型的工件中的残余应力可导致不希望的变形，其会导致尺寸不精确。尺寸不精确会在成型工件时积累。这种积累的应力会导致工件弯曲或裂开。在成型工具移离工件时或从夹具总成的夹具释放工件时残余应力会导致工件的形状改变。

发明内容

为了帮助解决一个或多个上述问题，可使用下文所描述的一个或多个逐步成型方法成型工件。该方法可采用设置在工件相对侧面的成型工具。

根据本发明的一个方面，公开了一种逐步成型工件的方法。该方法包括在工件上逐步成型加强件并在工件上加强件内部逐步成型部件。

根据本发明的一个实施例，其中加强件与支撑工件的夹具总成间隔开。

根据本发明的一个实施例，其中加强件配置为环形，且不在加强件和部件之间对工件进行逐步成型。

根据本发明的一个实施例，其中加强件相对于部件以更快的工具进给速度逐步成型。

根据本发明的一个实施例，其中相对于支撑工件的夹具总成以第一轴向成型加强件。

根据本发明的一个实施例，其中加强件包括朝向部件锥形凸起的多个侧面。

根据本发明的一个实施例，其中加强件包括多个均包括弯曲区域的侧面。

根据本发明的一个实施例，其中相对于参考平面以第一方向总体上成型加强件。

根据本发明的一个实施例，其中以与部件中大部分逐步成型的特征相同的轴向成型加强件。

根据本发明的另一个方面，公开了一种逐步成型的方法。该方法包括在工件上逐步成型加强件并在工件上从加强件向外逐步成型部件。

根据本发明的一个实施例，其中加强件相对于部件以更快的工具进给速度逐步成型。

根据本发明的一个实施例，其中逐步成型部件包括再次成型加强件以改善加强件的表面光洁度。

根据本发明的一个实施例，其中加强件与部件的至少一部分相邻。

根据本发明的再一个方面，公开了一种逐步成型工件的方法。该方法包括在工件上通过设置在工件的相对侧上的第一和第二成型工具逐步成型部件。可在以第一和第二成型工具再次成型部件的至少一部分时减小第一和第二成型工具之间的间隙。

本发明的方法能够降低残余应力并减少弹性回复，改善表面光洁度和/或尺寸精度。

附图说明

图1为用于成型工件的逐步成型系统的示例性侧视图。

图2为逐步成型系统的一部分和工件实施例的顶视图。

图3-5为图2工件正在逐步成型的示例性侧视截面图。

图6为逐步成型系统的一部分和另一工件实施例的顶视图。

图7、8为图6工件正在逐步成型的示例性侧视截面图。

图9为用于逐步成型工件的示例性工具路径。

图10、11为用于再次成型图9的工件的不同示例性工具路径。

具体实施方式

本说明书中公开了本发明的具体实施例，然而应理解，所公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制，可放大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。另外，一个实施例的任意或所有特征可与任何其它实施例相组合。因此，本说明书中所公开的具体结构性和功能性细节不可解释为限定，而仅为权利要求的代表性基础和/或用于教导本领域技术人员以不同方式实施本发明的代表性基础。

参考图1、2，显示了用于逐步成型工件12的示例性系统10。工件12可由任意合适的材料或具有所需成型特性的材料(例如金属、金属合金、聚合材料、或其组合)制成。在至少一个实施例中，工件12可设置为金属板材。在一个或多个实施例中，工件12可设置为总体上平坦或至少部分预成型为非平坦配置的初始配置。

系统10可用于逐步成型工件。在逐步成型时，通过一系列较小的逐步变形使工件成型为所需配置。可通过沿着工件的一个或多个表面并与其抵靠来移动一个或多个工具提供较小的逐步变形。可沿着预定的或编程的路径进行工具移动。另外，可适应地基于例如来自传感器(如测压元件)的测量的反馈实时编程工具移动路径。这样，可在移动至少一个工具时逐步地进行逐步成型而不从工件去除材料。美国专利申请文件12/369,336中公开了这种系统10的更多细节，其作为参考以全文合并入本文。下面将提供这种系统10所设的一些组件的概要。

系统10可包括多个有助于成型工件12的组件，例如夹具总成20、第一操纵装置22、第二操纵装置24、和控制器26。

夹具总成20可设置用于支撑工件12。夹具总成20可配置为至少部分形成开口28的框架。当夹具总成20支撑工件12时，工件12可设置在开口28中或至少部分遮盖开口28。

夹具总成20可包括多个可配置用于接合工件12并对其施加力的夹具30。夹具30可沿开口28的多个侧面设置，且可具有任意合适的配置和相关联的驱动机构。例如，可手动、气动、液压、或电驱动夹具30。另外，夹具30可配置用于向工件12提供固定大小的或可调节大小的力。

第一和第二定位装置或操纵装置22、24可设置用于定位第一和第二成型工具32、32’。第一和第二操纵装置22、24可具有多个自由度，例如可具有六个自由度的六轴操纵装置(hexapodmanipulator)。操纵装置22、24可配置用于沿多个轴(例如在不同正交方向上延伸的轴，例如X、Y、Z轴)移动相关联的工具。

第一和第二成型工具32、32’可分别容纳在第一和第二工具架34、34’中。在一个或多个实施例中，第一和第二工具架34、34’可设置在转轴上并可配置用于围绕相关联的转动轴旋转。

成型工具32、32’可施加力以成型工件12而无需移除材料。成型工具32、32’可具有任意合适的几何形状，包括但不限于平坦、弯曲、球形、锥形、或者其组合。

一个或多个控制器26或控制模块可设置用于控制系统10的运转。控制器26可适用于接收计算机辅助设计(CAD)或坐标数据并提供计算机数控(CNC)以使工件12成型为设计规格。另外，控制器26可检测并控制测量系统的运转，测量系统可设置用于在成型过程期间监测工件12的空间特征。

在夹具总成中，工件(例如一片平坦的金属板)的未支撑部可在其自身重力下下垂或变形。这种下垂或变形可导致逐步成型部件的实际空间特征与所需或设计意图的配置明显背离。另外，逐步成型的工件中的残余应力可导致不希望的变形，其会导致尺寸不精确。尺寸不精确会在成型工件时积累。这种积累的应力会导致工件弯曲或裂开。在成型工具移离工件时或从夹具总成的夹具释放工件时残余应力会导致工件的形状改变。

为了帮助解决一个或多个上述问题，可使用下文所描述的一个或多个逐步成型方法成型工件。该方法可采用设置在工件相对侧面的成型工具。

参考图2，显示了设置在夹具总成20上的示例性工件12的顶视图。图2中的工件显示为完成逐步成型之后的最终配置。

参考图3-5，说明了逐步成型工件的示例性方法。更为具体地，图3-5为工件12在逐步成型的不同阶段的沿图2中截线5-5的截面图。

参考图3，工件12显示为初始配置。工件12的初始配置可为工件12在逐步成型之前的配置或形状。在至少一个实施例中，初始配置可基本上如图所示为平坦的。因此，在一个或多个实施例中，工件12可至少部分沿参考平面40或基本上与其平行设置。

参考图4，显示了在工件12上逐步成型了加强件50之后的工件12。加强件50可与夹具总成20和夹具30间隔开。加强件50可至少部分绕在工件12的一部分延伸，在该部分中可成型部件。图2中显示得最为清楚，加强件50可具有类似于环形的配置，其完全围绕部件成型区域52延伸或将其包围。

加强件50可包括一个或多个侧面54，其可从参考平面40锥形凸起或以一定角度延伸或离开参考平面40。另外，各个侧面54均可包括一个或多个弯曲区域56。弯曲区域56可沿锥形侧54成型并可为部件成型区域52提供额外的结构性支撑或刚性。侧面54可相对于参考平面40以共用角度锥形凸起。另外，相对侧面可具有相同的配置。

可相对于夹具总成20和/或参考平面40部分或完全在第一方向58成型加强件50。第一方向58可沿基本上与未成形工件12和/或参考平面40垂直的轴延伸。另外，可相对于夹具总成20和/或参考平面40在与成型大部分部件60的方向相符的方向上成型大部分加强件50。

参考图5，显示了在工件12上逐步成型部件60之后的工件12。可在部件成型区域52内逐步成型部件60。另外，部件60可与加强件50间隔开这样工件12至少设置在加强件50和部件60之间的一部分不会被逐步成型。可以上述方式将部件60逐步成型为所需配置。

用于逐步成型部件60的工具进给速度可比逐步成型加强件50所使用的更慢。假定其它参数不变，相对于更快的工具进给速度，更慢的工具进给速度可获得更好的表面光洁度和改善的尺寸精度。这样，在多种环境下(例如当加强件50与部件60不是整体时)，更快的工具进给速度可降低成型周期时间但提供了适当的光洁度或尺寸精度。另外，除增加工具进给速度之外或与之相独立地，还可改变其它逐步成型参数。例如，可增加成型步长和工具末端尺寸以加速成型过程。另外，如果需要的话，可重新成型工件的一些部分以改善表面光洁度和/或尺寸精度。

参考图6-8，说明了逐步成型工件的方法的另一示例。更为具体地，图7、8为工件12在逐步成型的不同阶段期间的沿图6中截线8-8的截面图。另外，工件12可如上文所述初始设置为图3中所示的初始配置。

参考图7，显示了在工件12上逐步成型加强件50’之后的工件12。加强件50’可与夹具总成20和夹具30间隔开。另外，可相对于夹具总成20和/或参考平面40部分或完全在第一方向58成型加强件50’。另外，可相对于夹具总成20和/或参考平面40在与成型大部分部件60’的方向相符的方向上成型大部分加强件50’。

参考图8，显示了在工件12上逐步成型部件60’之后的工件12。可在加强件50’和夹具总成20之间逐步成型部件60’。在至少一个实施例中，可完全围绕加强件50’逐步成型部件60’。另外，部件60’可与加强件50’的至少一部分相邻。同样，在一个或多个实施例中，部件60’可从加强件50’向外定位或延伸并与之相邻。将加强件50’定位在部件60’内部会导致加强件50’与部件60’形成整体并可有助于防止工件12在设有加强件50’的区域弯曲或破裂。从加强件向外逐步成型部件60’可包括从加强件50’的至少一部分向外或围绕其定位部件60’和/或在离开加强件50’的方向上执行逐步成型工具路径的至少一部分。

可以比逐步成型部件60’所用更快的工具进给速度初始成型加强件50’。在成型部件60’之后，可以更慢的进给速度重新成型加强件50’以提供所需表面光洁度并更好地集成加强件50’与部件60’。在一个或多个实施例中，加强件50’可成型为所需几何形状而无需后续重新成型。

参考图9-11，说明了逐步成型工件的方法的其它示例。在这些附图中工具路径及其关联起始点和终止点仅为示例性的。例如，各个工具路径的起始点和终止点可相反。

图9说明了用于逐步成型工件12的示例性工具路径的顶视图。工具路径70从指示为点A的起始点延伸至指示为点B的终止点。在一个或多个实施例中，工具路径70可为螺旋形工具路径且可不设置在一个平面中。工具路径70可指的是一个或多个成型工具32、32’在逐步成型工件期间的移动路径。

参考图10、11，显示了可在工具路径从点A进行至点B之后使用的工具路径的示例。在两个实施例中，一个或多个工具可从点B移动至点A。另外，在从点B朝点A移动时设置在工件12相对侧的逐步成型工具32、32’之间的间隙或距离可相对于从点A朝点B移动时工具32、32’之间的间隙有所减少。沿此工具路径以这种方式移动可减少工具12中的残余应力并减少弹性回复。

参考图10，除了移动方向相反，从点B至点A的工具路径70’基本上与图9中的工具路径70一样。换句话说，图9、10中工具路径的配置基本上相同，但是图10中以相反方向(即从点B至点A)移动。

参考图11，从点B至点A的工具路径70”与图10中所示的不一样。在图11中，工具路径70”为螺旋形工具路径，其中与图10相比以不同的旋转方向移动。例如，图10中的工具路径为显示为逆时针方向的第一旋转方向，而图11中的工具路径70”处于顺时针方向的第二旋转方向。

尽管已经说明并描述了本发明的实施例，其并非意为着这些实施例说明并表述了本发明的所有可能形式。应当理解为，本说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，且应理解，可作出多种改变而不脱离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种逐步成型工件的方法，包含：

在所述工件上通过设置在所述工件的相对侧上的第一和第二成型工具逐步成型加强件，所述加强件至少部分地绕所述工件的一部分延伸，在所述工件的该部分中成型部件；以及

减小所述第一和第二成型工具之间的间隙并通过所述第一和第二成型工具再次成型所述部件的至少一部分；以及

其中，用于逐步成型部件的第一和第二成型工具进给速度比逐步成型加强件所使用的更慢。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过沿起始点和终止点之间的工具路径移动所述第一和第二成型工具来逐步成型所述部件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过沿所述工具路径从所述起始点至所述终止点移动所述第一和第二成型工具来逐步成型所述部件并通过沿所述工具路径从所述终止点至所述起始点移动所述第一和第二成型工具来再次成型所述部件。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工具路径为螺旋形工具路径。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过沿第一螺旋形工具路径从起始点至终止点移动所述第一和第二成型工具来逐步成型所述部件并通过沿第二螺旋形工具路径从所述终止点至所述起始点移动所述第一和第二成型工具来再次成型所述部件。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一螺旋形工具路径与所述第二螺旋形工具路径不同。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沿所述第一螺旋形工具路径的移动处于第二旋转方向，且沿所述第二螺旋形工具路径的移动处于与所述第二旋转方向不同的第一旋转方向。