CN102716965A - 多点无模快速调形液压胀形工艺及胀形设备 - Google Patents

Abstract

多点无模快速调形液压拉胀形工艺及胀形设备。模具成形方法生产效率高、加工件的精度高、适合大批量生产，多年来一直占据着主导地位。但缺点是模具设计制造周期长，维护费用高，往往成形一个零件需要多个模具，造成新产品开发周期长，成本高，而且缺乏柔性，产品稍作改变后模具需要重新设计更换。本发明工艺包括如下步骤：工件模型制作工序、多点模具调形工序、充液拉伸工序、保压定形工序、充气排液工序、成形工件测量工序、数控切割工序、成品检验工序、成品包装与保护工序。本产品用于多点无模快速调形液压胀形。

Description

多点无模快速调形液压胀形工艺及胀形设备

技术领域：

本发明涉及金属成形技术领域，具体涉及一种多点无模快速调形液压胀形工艺及胀形设备。

背景技术：

随着社会的发展，复杂的双曲金属板材在飞机、船舶、高速机车、汽车乃至建筑等诸多行业中，得到越来越多的运用。人们不但要求成形的双曲面形状各异，又要求其成形精度高、生产效率高、表面质量好、材料厚度均匀。这就对金属板材成型工艺提出了极大的挑战。

在传统板料成形方法中，手工成形方法由于生产效率低、加工精度低、不适合大批量生产，在板料成形中占据不了主导地位。模具成形方法生产效率高、加工件的精度高、适合大批量生产，多年来一直占据着主导地位。但缺点是模具设计制造周期长，维护费用高，往往成形一个零件需要多个模具，造成新产品开发周期长，成本高，而且缺乏柔性，产品稍作改变后模具需要重新设计更换。

因此，一些新形的板料成形技术应运而生，如：喷丸成形、激光成形、水射流无模成形技术、数字化渐进成形、无模多点成形等。然而这几种新形的板料成形技术也存在着一些缺点和局限性，喷丸成形的局限性是球面变形趋势、变形有限、限制条件苛刻、影响因素繁多等;激光成形的缺点是成本高，不容易控制;水射流无模成形技术还需要不断地完善，实际应用中还存在很多问题;数字化渐进成形需要制作模具，加工成本高、周期长，表面质量差等缺点；与前几种成形技术相比较，无模多点成形技术具有很多优点：实现无模成形、优化变形路径、小设备成形大形件、易于实现自动化。

多点无模成形技术根据成形方式分为：多点对压成形技术和多点拉伸成形技术。多点对压成形技术当遇到局部曲率变化较大时，容易出现皱褶，且回弹量较大。多点拉伸成形技术，相比多点对压成形技术，其回弹量小、成形精度较高、不起皱褶。现今的多点无模拉伸成形技术都是采用机械拉伸形式，例如用夹钳夹紧板料进行机械拉伸。而机械拉伸成形方式也存在下面四种主要缺陷：（1）容易在板料内部形成应力集中现象，对很多强度低、延伸率小的金属材料及一些曲率变化较大的曲面而言，在拉伸过程中，容易产生撕裂。（2）非常浪费材料。在资源如此短缺的今天，这种浪费显得尤为不该。（3）无论是多点对压成形技术还是多点拉伸成形技术，其成形精度都不高，只能达到毫米级。（4）现今的多点模具调形时间较长，在10~40分钟左右，工效较低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多点无模快速调形液压胀形工艺及胀形设备，将多点无模拉伸成型技术与板材的液压胀形技术结合在一起，通过改进，形成了多点无模快速调型液压胀形工艺，将板材的液压胀形技术施力均匀、变形流畅、成形极限高、成形质量好、成形精度高、不损坏模具的特点，与多点无模成形技术不需要制作模具、容易实现自动化的特点结合在了一起。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的工艺包括如下步骤：工件模型制作工序、多点模具调形工序、充液拉伸工序、保压定形工序、充气排液工序、成形工件测量工序、数控切割工序、成品检验工序、成品包装与保护工序。

所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的工件模型制作工序，要求将需要成形的工件模型，通过成型曲线为2阶可导线形制作的光滑曲面，延伸至液压基准平面上；

所述的多点模具调形工序，通过多点模具调形系统直接从成形工件模型文件中读取控制点坐标，通过所述的测距尺反馈距离信息给多点模具调形系统，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm。

所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的充液拉伸工序，在压力机压紧后，达到预定压力值保压1-10分钟，打开进液管开关，液压设备向液压腔内注入液体，当液体压力达到预定压力值时，加压结束，液压设备压力设定值与成形形状和金属板材材质有关，对1~10mm的铝合金板材，此设定值在0.5Mpa至40Mpa，对于1mm~12mm的钢板，此设定值在1Mpa至100Mpa；压力机预定压力值为液压设备压力设定值乘以金属板材受压面积所得压力值的1.2~2.0倍。

所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的保压定形工序，充液拉伸结束后，通过液压设备保持此压力1-10分钟，保压时间根据成形工件曲面的形状及工件材质确定；

所述的充气排液工序，保压结束后，关闭进液管开关，打开出液管开关及进气管开关，由气泵向液压腔内充气，液体由出液管回流至液压设备；

成型工件测量工序，取出成形工件，放置在三维测量平台上，进行三维扫描，将扫描文件与工件模型相对照，控制尺寸精度为0.05mm；

所述的数控切割工序，将成形工件，由三维测量平台上取出，放置在数控切割机上，根据工件模型进行切割，切割精度为0.05mm；

所述的成品检验工序，将切割完成的工件放置在三维测量平台上进行成品尺寸检验和外观检验；

所述的成品包装与保护工序，将切割好的工件放置在曲面托架上，表面贴膜，再用气泡膜包裹工件。

一种多点无模快速调形液压胀形设备，其组成包括：多点模具，所述的多点模具与多点模具调形系统连接，所述的多点模具和所述的多点模具调形系统安装在壳体内，所述的壳体与压力机连接，所述的多点模具连接万向头，所述的金属板材位于上压边圈和下压边圈之间，所述的柔性垫板位于万向头和金属板材之间，气泵通过进气管与所述的液压腔连接，所述的液压设备通过所述的进液管和所述的出液管与所述的液压腔连接。

所述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的柔性垫板采用聚氨酯板，所述的柔性垫板可在聚氨酯板内复合金属夹片，所述的柔性垫板的厚度根据成形工件外形特点及成形工件金属材质确定。

所述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的多点模具调形系统包括：计算机控制系统，所述的计算机控制系统连接旋转电机及驱动器，所述的旋转电机及驱动器与基本体连接，所述的旋转电机及驱动器安装在电机支架上，所述的基准平面与所述的基本体连接，所述的基本体与球头支座连接，所述的球头支座与万向头连接，所述的基本体与所述万向头之间安装有拉伸弹簧，所述的基本体上安装有测距尺。

所述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的基本体为丝杆升降机构，通过丝杆的旋转，来实现丝杆螺母的升降。

所述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的多点模具调形系统，由所述的旋转电机及驱动器连接到每个所述的基本体，所述的旋转电机及驱动器连接在所述的计算机控制系统中，通过所述的测距尺反馈的所述的基本体调形高度信息，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm。

所述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的万向头安装在所述的基本体末端，以所述的万向头顶部中心点为球心转动，最大空间转角为39°，转动过程中，顶部中心点竖向坐标不改变，所述的万向头可拆卸，根据成形曲面形式进行更换。

有益效果：

1. 实现无模成形。通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的成形曲面，可以取代传统的整体模具节省模具设计制造、调试和保存等所需的人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。与模具成形法相比，不但节省加工制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间；与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高了生产效率。

2. 实现自动化。曲面造形采用计算机辅助，实现CAD/CAM/CAE 一体化生产，工作效率高 ，劳动强度小，极大地改善了劳动者作业环境。

3. 成形极限高。由于液压胀形中液压的作用，使坯料与凹模紧紧贴合，产生“摩擦保持效果”，提高了传力区的承载能力。更为重要的是，对于汽车制造领域的复杂曲面零件，反向液压的作用形成“软拉伸筋”，消除悬空区，坯料与模具之间建立起有益摩擦使得凹模底部圆角处坯料的径向拉应力减小，应变轨迹在成型极限图上向左偏移，可大幅提高成形极限，而传统拉伸的等双拉应力状态则容易导致拉裂。

4. 成形精度高。多点模具调形采用闭环控制，将调形精度控制在微米级。多点模具基本体末端的万向头以顶点为球心转动，消除了普通圆头基本体的弧线误差。使用液压胀形显著改善了工件的成型质量和性能，工件与模具的贴合程度好，回弹量极小。

5．对复杂的空间曲面适应性强。多点模具基本体末端的万向头转动角度可达到39°，可随着整体曲面平滑过渡。多点模具基本体末端的万向头可更换，更换成特殊表面形状的万向头，大大增加了多点模具对复杂曲面的适应性。

6. 板材厚度减薄量均匀，残余应力小。液压成形使得工件在成形的过程中，受力均匀，工件的每个点均匀的进入塑性变形，变形匀称，所以成型后的工件全部进入塑性变形阶段，厚度均匀，几乎没有残余应力。

7. 调形速度快。无论多点模具的点数量多少，采用控制设备控制每个基本体上的旋转电机及驱动器的方式，均可以在60秒内调完整个模型，极大地提高了多点无模液压胀形工艺的工作效率。

附图说明：                                                      

附图1是本产品的结构示意图。

附图2是附图1中多点模具调形系统的结构示意图。

附图3是附图2中的基本体与万向头的连接示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的工艺包括如下步骤：工件模型制作工序、多点模具调形工序、充液拉伸工序、保压定形工序、充气排液工序、成形工件测量工序、数控切割工序、成品检验工序、成品包装与保护工序。

实施例2：

根据实施例1所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的工件模型制作工序，要求将需要成形的工件模型，通过制作2次可导的光滑曲面，延伸至液压基准平面上；

所述的多点模具调形工序，通过多点模具调形系统2直接从成形工件模形文件中读取控制点坐标，通过所述的测距尺16反馈距离信息给所述的多点模具调形系统，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm；

实施例3：

上述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的充液拉伸工序，在压力机3压紧后，达到预定压力值保压1-10分钟，打开进液管4的开关，液压设备5向液压腔20内注入液体，当液体压力达到一定值时，加压结束；液压设备压力设定值与成形形状和金属板材材质有关，对1~10mm的铝合金板材，此设定值在0.5Mpa至40Mpa，对于1mm~12mm的钢板，此设定值在1Mpa至100Mpa；压力机预定压力值为液压设备压力设定值乘以金属板材受压面积所得压力值的1.2~2.0倍;

实施例4：

上述的多点无模快速调形液压胀形工艺，所述的保压定形工序，充液拉伸结束后，通过所述的液压设备保持此压力一定时间，保压时间根据成型工件曲面的形状及工件材质确定；

所述的充气排液工序，保压结束后，关闭所述的进液管的开关，打开出液管6的开关及进气管14开关，由气泵7向所述的液压腔内充气，液体由出液管回流至所述的液压设备；

成形工件测量工序，取出成型工件，放置在三维测量平台上，进行三维扫描，将扫描文件与工件模型相对照，控制尺寸精度为0.05mm；也可根据工件成形要求进行精度控制；

所述的数控切割工序，将成形工件，由三维测量平台上取出，放置在数控切割机上，根据工件模型进行切割，切割精度为0.05mm，也可根据工件成形要求进行精度控制；

所述的成品检验工序，将切割完成的工件放置在三维测量平台上进行成品尺寸检验和外观检验；

所述的成品包装与保护工序，将切割好的工件放置在曲面托架上，表面贴膜，再用气泡膜包裹工件。

实施例5：

一种多点液压胀形设备，其组成包括：多点模具21，所述的多点模具与所述的多点模具调形系统连接，所述的多点模具和所述的多点模具调形系统安装在壳体22内，所述的壳体与所述的压力机连接，所述的多点模具连接万向头18，所述的金属板材位于上压边圈12和下压边圈13之间，所述的柔性垫板23位于所述的万向头18和所述的金属板材10之间，所述的气泵通过所述的进气管与所述的液压腔连接，所述的液压设备通过所述的进液管和所述的出液管与所述的液压腔连接。

实施例6：

上述的多点液压胀形设备，所述的柔性垫板采用聚氨酯板，所述的柔性垫板可在聚氨酯板内复合金属夹片，所述的柔性垫板的厚度根据成形工件外形特点及成形工件金属材质确定。

实施例7：

上述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的多点模具调形系统包括：计算机控制系统8，所述的计算机控制系统连接旋转电机及驱动器9，所述的旋转电机及驱动器与基本体15连接，所述的旋转电机及驱动器安装在电机支架11上，所述的基准平面与所述的基本体连接，所述的基本体与球头支座17连接，所述的球头支座与万向头18连接，所述的基本体与所述万向头之间安装有拉伸弹簧19，所述的基本体上安装有测距尺16。

实施例8：

上述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的基本体为丝杆升降机构，通过丝杆的旋转，来实现丝杆螺母的升降。

实施例9：

上述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的多点模具调形系统，由所述的旋转电机及驱动器连接到每个所述的基本体，所述的旋转电机及驱动器连接在所述的计算机控制系统中，通过所述的测距尺反馈的基本体调形高度信息，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm。

实施例10：

上述的多点无模快速调形液压胀形设备，所述的万向头安装在所述的基本体末端，以万向头顶部中心点为球心转动，最大空间转角为39°，转动过程中，顶部中心点竖向坐标不改变。所述的万向头可拆卸，根据成形曲面形式进行更换。

Claims (10)

1.一种多点无模快速调形液压胀形工艺，其特征是：所述的工艺包括如下步骤：工件模型制作工序、多点模具调形工序、充液拉伸工序、保压定形工序、充气排液工序、成形工件测量工序、数控切割工序、成品检验工序、成品包装与保护工序。

2.根据权利要求1所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，其特征是：所述的工件模型制作工序，要求将需要成形的工件模型，通过成型曲线为2阶可导线形制作的光滑曲面，延伸至液压基准平面上；

所述的多点模具调形工序，通过多点模具调形系统直接从成形工件模型文件中读取控制点坐标，通过所述的测距尺反馈距离信息给多点模具调形系统，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm。

3.根据权利要求1或2所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，其特征是：所述的充液拉伸工序，在压力机压紧后，达到预定压力值保压1-10分钟，打开进液管开关，液压设备向液压腔内注入液体，当液体压力达到预定压力值时，加压结束，液压设备压力设定值与成形形状和金属板材材质有关，对1~10mm的铝合金板材，此设定值在0.5Mpa至40Mpa，对于1mm~12mm的钢板，此设定值在1Mpa至100Mpa；压力机预定压力值为液压设备压力设定值乘以金属板材受压面积所得压力值的1.2~2.0倍。

4.根据权利要求1或2或3所述的多点无模快速调形液压胀形工艺，其特征是：所述的保压定形工序，充液拉伸结束后，通过液压设备保持此压力1-10分钟，保压时间根据成形工件曲面的形状及工件材质确定；

所述的充气排液工序，保压结束后，关闭进液管开关，打开出液管开关及进气管开关，由气泵向液压腔内充气，液体由出液管回流至液压设备；

成型工件测量工序，取出成形工件，放置在三维测量平台上，进行三维扫描，将扫描文件与工件模型相对照，控制尺寸精度为0.05mm；

所述的数控切割工序，将成形工件，由三维测量平台上取出，放置在数控切割机上，根据工件模型进行切割，切割精度为0.05mm；

所述的成品检验工序，将切割完成的工件放置在三维测量平台上进行成品尺寸检验和外观检验；

所述的成品包装与保护工序，将切割好的工件放置在曲面托架上，表面贴膜，再用气泡膜包裹工件。

5.一种多点无模快速调形液压胀形设备，其组成包括：多点模具，其特征是：所述的多点模具与多点模具调形系统连接，所述的多点模具和所述的多点模具调形系统安装在壳体内，所述的壳体与压力机连接，所述的多点模具连接万向头，所述的金属板材位于上压边圈和下压边圈之间，所述的柔性垫板位于万向头和金属板材之间，气泵通过进气管与所述的液压腔连接，所述的液压设备通过所述的进液管和所述的出液管与所述的液压腔连接。

6.根据权利要求5所述的多点无模快速调形液压胀形设备，其特征是：所述的柔性垫板采用聚氨酯板，所述的柔性垫板可在聚氨酯板内复合金属夹片，所述的柔性垫板的厚度根据成形工件外形特点及成形工件金属材质确定。

7.根据权利要求5或6所述的多点无模快速调形液压胀形设备，其特征是：所述的多点模具调形系统包括：计算机控制系统，所述的计算机控制系统连接旋转电机及驱动器，所述的旋转电机及驱动器与基本体连接，所述的旋转电机及驱动器安装在电机支架上，所述的基准平面与所述的基本体连接，所述的基本体与球头支座连接，所述的球头支座与万向头连接，所述的基本体与所述万向头之间安装有拉伸弹簧，所述的基本体上安装有测距尺。

8.根据权利要求7所述的多点无模快速调形液压胀形设备，其特征是：所述的基本体为丝杆升降机构，通过丝杆的旋转，来实现丝杆螺母的升降。

9.根据权利要求7所述的多点无模快速调形液压胀形设备，其特征是：所述的多点模具调形系统，由所述的旋转电机及驱动器连接到每个所述的基本体，所述的旋转电机及驱动器连接在所述的计算机控制系统中，通过所述的测距尺反馈的所述的基本体调形高度信息，进行闭环控制，调形精度达到0.02mm。

10.根据权利要求5或6或8或9所述的多点无模快速调形液压胀形设备，其特征是：所述的万向头安装在所述的基本体末端，以所述的万向头顶部中心点为球心转动，最大空间转角为39°，转动过程中，顶部中心点竖向坐标不改变，所述的万向头可拆卸，根据成形曲面形式进行更换。

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