CN103599982A - 板料多点模预拉深渐进复合成形方法及成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法及成形装置，其中，成形方法的步骤为：根据所需加工零件的形状调整预拉深多点模的形状；将板料通过可旋转的压边夹持结构固定在拉深工作台上，升降油缸带动拉深工作台向下运动设定距离，同时背压油缸提供背压边力，通过预拉深多点模预拉深成所需形状；升降油缸带动拉深工作台向上运动至初始位置；根据所需加工零件的三维模型生成渐进成形加工轨迹，并保存至工业机器人中；可旋转的压边夹持结构连同其上的板料转动至垂直位置；六自由度运动机构控制工具头对板料进行渐进成形加工。与现有技术相比，本发明可实现深腔类钣金件的无模柔性成形，具有成形效率高、易于实现板料渐进成形一体化等优点。

Description

板料多点模预拉深渐进复合成形方法及成形装置

技术领域

本发明涉及一种材料渐进成形技术，尤其是涉及一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法及成形装置。

背景技术

渐进成形是一种利用增量局部变形方法以获得所需形状和性能要求的零部件的工艺方法，近些年越来越受到人们的关注。与传统冲压成形方法相比，具有灵活性大，节省复杂模具制造成本，提高材料成形性能等优点。因此，在小批量以及特殊要求的零件生产中得到广泛应用，比如汽车、航空航天制造领域结构复杂的轻质合金(铝合金，镁合金，钛合金)零部件。

由于渐进成形时板料的流动和应力状态比较复杂，成形后零件的尺寸精度也难以约束与控制，尤其是厚度分布均匀性很难以保证，因而限制了该工艺方法的应用范围。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成形效率高、易于实现板料渐进成形一体化的板料多点模预拉深渐进复合成形方法及成形装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法，包括以下步骤：

1)根据所需加工零件的形状调整用于预拉深的多点模的形状；

2)将板料通过翻板及压边圈固定在拉深工作台上，升降油缸带动拉深工作台向下运动设定距离，同时背压油缸在预拉深过程提供背压边力使板料与多点模接触，并通过多点模预拉深成所需形状；

3)预拉深完成后，升降油缸带动拉深工作台向上运动至初始位置；

4)根据所需加工零件的三维模型生成渐进成形加工轨迹，并保存至六自由度运动机构中；

5)翻转电机控制翻板连同其上的压边圈及板料转动至垂直位置，并固定在垂直支架上；

6)六自由度运动机构根据渐进成形加工轨迹控制工具头对板料进行渐进成形加工。

步骤5)中，翻板连同其上的压边圈及板料转动并固定在垂直支架上时，无需对板料进行卸载及二次定位。

步骤6)中，翻板连同其上的压边圈及板料转动并固定在垂直支架上后，从板料的凹面进行渐进成形。

一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，包括底板、背压组件、模具座、升降油缸、旋转式压边夹持结构、多点模、导向柱、拉深工作台、垂直支架、六自由度运动机构和工具头，所述的背压组件、升降油缸、导向柱和模具座均固定在底板上；所述的拉深工作台分别连接升降油缸和导向柱；所述的多点模设在模具座上，并位于拉深工作台下方；所述的背压组件穿过模具座与旋转式压边夹持结构连接；所述的旋转式压边夹持结构设在拉深工作台上；所述的垂直支架垂直连接在底板一端；所述的工具头与六自由度运动机构连接。

所述的旋转式压边夹持结构包括翻转电机、翻板和压边圈，所述的翻转电机与翻板连接，驱动翻板绕拉深工作台的边旋转，所述的板料通过压边圈固定在翻板上。

所述的压边圈包括上压边圈和下压边圈，所述的上压边圈和下压边圈通过螺栓连接，所述的板料置于上压边圈和下压边圈之间。

所述的模具座上开有螺纹孔阵列，所述的多点模通过该螺纹孔阵列与模具座连接，并通过该螺纹孔阵列调节高度。

所述的背压组件设有一对，对称设置在多点模两侧。

所述的背压组件包括相连接的背压油缸和背压顶杆，所述的背压油缸固定在底板上，所述的背压顶杆穿过模具座上的螺纹孔与旋转式压边夹持结构连接。

所述的背压油缸和升降油缸均采用双缸液压结构，其上分别连接有伺服平衡阀。

与现有技术相比，本发明提供一种能够实现垂直预拉深成形后，利用可旋转的压边夹持结构，不需要二次定位即可实现水平渐进成形的复合成形工艺，具有以下优点：

1、本发明通过预拉深成形对板料厚度进行预分配，可以克服了传统渐进成形中板料厚薄分布不均、局部减薄严重的问题，且成形效率高于传统渐进成形；

2、本发明易于实现板料渐进成形一体化，仅需两步就可使板料成形；

3、本发明预拉深多点模可以根据零件形状调整，灵活性大，无需制作专门的模具，能节省时间和提高成形效率，同时能够保证成形厚度的均匀分布，提高成形精度；

4、本发明的压边夹持结构可通过翻转从钣金零件凹面进行渐进成形，保证了成形精度。此外，预成形翻转后无需二次装夹及重新定位，减小定位误差对成形精度的影响；

5、相对于板料拉深成形，本发明所仅需要简单可调的预拉伸多点模即可成形，针对小批量产品成本较低，不需要移动工件以及相关的定位等工作，能进一步提高工作效率。

附图说明

图1为本发明成形装置的结构示意图；

图2为本发明成形装置的翻板转动时的侧视图；

图3为旋转式压边夹持结构由水平位置旋转到垂直位置时的示意图；

图4为旋转式压边夹持结构的具体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1-图4所示，一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，包括底板1、背压组件、模具座3、升降油缸4、旋转式压边夹持结构、多点模8、导向柱10、拉深工作台11、垂直支架14、六自由度运动机构16和工具头17，所述的背压组件、升降油缸4、导向柱10和模具座3均固定在底板1上；所述的拉深工作台11分别连接升降油缸4和导向柱10；所述的多点模8设在模具座3上，并位于拉深工作台4下方；所述的背压组件穿过模具座3与旋转式压边夹持结构连接；所述的旋转式压边夹持结构设在拉深工作台11上；所述的垂直支架14垂直连接在底板1一端；所述的工具头17与六自由度运动机构16连接。

如图4所示，所述的旋转式压边夹持结构包括翻转电机5、翻板12和压边圈，所述的翻转电机5与翻板12连接，驱动翻板12绕拉深工作台11的边旋转，可在预拉深成形结束后旋转到垂直位置，并通过螺丝孔15固定在垂直支架14上，所述的板料13通过压边圈固定在翻板12上。所述的压边圈包括上压边圈7和下压边圈6，所述的上压边圈7和下压边圈6通过螺栓连接，螺栓穿过上压边圈7上的通孔固定在下压边圈6上，从而保证上压边圈7与下压边圈6之间可上下滑动，但不能左右平移，所述的板料13置于上压边圈7和下压边圈6之间。下压边圈6与上压边圈7可根据所需制作的工件形状不同而更换。

所述的模具座3上开有螺纹孔阵列，所述的多点模8通过该螺纹孔阵列与模具座3连接，并通过该螺纹孔阵列调节高度，形成不同的形状。

所述的背压组件设有一对，对称设置在多点模8两侧。所述的背压组件包括相连接的背压油缸2和背压顶杆9，所述的背压油缸2固定在底板1上，所述的背压顶杆9穿过模具座3上的螺纹孔与旋转式压边夹持结构连接，用于支撑下压边圈6，背压顶杆9受模具座3在水平方向上的约束，但可上下滑动。

模具座3上的螺纹孔阵列既可为多点模(8)调节高度所用，又可约束背压顶杆(9)的水平运动。

所述的背压油缸2和升降油缸4均采用双缸液压结构，其上分别连接有伺服平衡阀，通过伺服平衡阀实现两个液压缸的同步运动。

所述的工具头17为可根据需要选择各种不同的直径与末端试样的成形压头，该工具头17夹持在六自由度运动机构16主轴末端，六自由度运动机构16控制工具头17进行三维空间运动。

所述的导向柱10固定于底板1，在拉深工作台5升降时起导向作用，保证成形过程运动的稳定性。

作为优选，六自由度运动机构16可采用工业机器人。

采用上述装置实现板料多点模预拉深渐进复合成形方法，包括以下步骤：

1)产品所用板料13为厚度为1.0mm的7075铝板，渐进成形采用的工具头17为直径10.0mm合金工具头；

2)根据所需加工零件的形状调整多点模8的形状，使预拉深多点模组成的形状略小于所需加工零件的形状，可以为第二次渐进成形的加工保留一定的余量，防止材料一次性成形因严重减薄而破裂；

3)将板料13固定于上压边圈7与下压边圈6之间，压边圈通过翻板12固定在拉深工作台11上；

4)调节背压油缸2的压力，保证金属板料向内有一定的流动性，而又不影响预拉深成形质量；

4)升降油缸4带动拉深工作台11向下运动设定距离，背压油缸2驱动背压预杆9为下压边圈6提供压边力，当预拉深深度达到50mm后停止，并通过多点模8预拉深成所需形状；

5)预拉深完成后，升降油缸4带动拉深工作台11向上运动至初始位置；

6)采用CAM软件根据所需加工零件的三维模型生成渐进成形加工轨迹，并保存至六自由度运动机构16中；

7)开动翻转电机5带动翻板12，连同其上上压边圈7、下压边圈6以及板料13转动至垂直位置，并通过螺丝孔15固定在垂直支架14上，该过程无需对板料8进行卸载及二次定位；

8)六自由度运动机构16根据渐进成形加工轨迹控制工具头17对板料8进行渐进成形加工，直到加工结束；

9)成形结束，取下板料13。

Claims (10)

1.一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据所需加工零件的形状调整用于预拉深的多点模(8)的形状；

2)将板料(13)通过翻板(12)及压边圈固定在拉深工作台(11)上，升降油缸(4)带动拉深工作台(11)向下运动设定距离，同时背压油缸(2)在预拉深过程提供背压边力使板料(13)与多点模(8)接触，并通过多点模(8)预拉深成所需形状；

3)预拉深完成后，升降油缸(4)带动拉深工作台(11)向上运动至初始位置；

4)根据所需加工零件的三维模型生成渐进成形加工轨迹，并保存至六自由度运动机构(16)中；

5)翻转电机(5)控制翻板(12)连同其上的压边圈及板料(13)转动至垂直位置，并固定在垂直支架(14)上；

6)六自由度运动机构(16)根据渐进成形加工轨迹控制工具头(17)对板料(13)进行渐进成形加工。

2.根据权利要求1所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法，其特征在于，步骤5)中，翻板(12)连同其上的压边圈及板料(13)转动并固定在垂直支架(14)上时，无需对板料(13)进行卸载及二次定位。

3.根据权利要求1所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形方法，其特征在于，步骤6)中，翻板(12)连同其上的压边圈及板料(13)转动并固定在垂直支架(14)上后，从板料(13)的凹面进行渐进成形。

4.一种实现权利要求1所述方法的板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，包括底板(1)、背压组件、模具座(3)、升降油缸(4)、旋转式压边夹持结构、多点模(8)、导向柱(10)、拉深工作台(11)、垂直支架(14)、六自由度运动机构(16)和工具头(17)，所述的背压组件、升降油缸(4)、导向柱(10)和模具座(3)均固定在底板(1)上；所述的拉深工作台(11)分别连接升降油缸(4)和导向柱(10)；所述的多点模(8)设在模具座(3)上，并位于拉深工作台(4)下方；所述的背压组件穿过模具座(3)与旋转式压边夹持结构连接；所述的旋转式压边夹持结构设在拉深工作台(11)上；所述的垂直支架(14)垂直连接在底板(1)一端；所述的工具头(17)与六自由度运动机构(16)连接。

5.根据权利要求4所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的旋转式压边夹持结构包括翻转电机(5)、翻板(12)和压边圈，所述的翻转电机(5)与翻板(12)连接，驱动翻板(12)绕拉深工作台(11)的边旋转，所述的板料(13)通过压边圈固定在翻板(12)上。

6.根据权利要求5所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的压边圈包括上压边圈(7)和下压边圈(6)，所述的上压边圈(7)和下压边圈(6)通过螺栓连接，所述的板料(13)置于上压边圈(7)和下压边圈(6)之间。

7.根据权利要求4所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的模具座(3)上开有螺纹孔阵列，所述的多点模(8)通过该螺纹孔阵列与模具座(3)连接，并通过该螺纹孔阵列调节高度。

8.根据权利要求7所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的背压组件设有一对，对称设置在多点模(8)两侧。

9.根据权利要求7所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的背压组件包括相连接的背压油缸(2)和背压顶杆(9)，所述的背压油缸(2)固定在底板(1)上，所述的背压顶杆(9)穿过模具座(3)上的螺纹孔与旋转式压边夹持结构连接。

10.根据权利要求9所述的一种板料多点模预拉深渐进复合成形装置，其特征在于，所述的背压油缸(2)和升降油缸(4)均采用双缸液压结构，其上分别连接有伺服平衡阀。

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