CN103878238A - 一种用于型材拉弯的柔性模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于型材拉弯的柔性模具，包括X向定位组件（1）、Z向调整组件（2）和冲头组件（3），X向定位组件（1）能够调整Z向调整组件(2)在X方向的位置，冲头组件（3）中含有多个冲头（33），Z向调整组件(2)能够调整冲头组件（3）中每个冲头（33）在Z方向的位置。该柔性模具可以适应飞机型材拉弯多种类、小批量的生产需求，缩短了模具设计制造周期，减少模具数量，加快飞机研制速度，该用于型材拉弯的柔性模具，还可以用于不同规格、不同曲率的飞机型材的拉弯生产工作。

Description

一种用于型材拉弯的柔性模具

技术领域

本发明涉及蒙皮拉形技术领域，具体是一种用于型材拉弯的柔性模具。

背景技术

飞机蒙皮类零件是飞机的重要覆盖件，广泛用于飞机的机翼和机身，其外形复杂多样、结构尺寸大、种类繁多，单机零件数量占整个钣金零件的30%左右。蒙皮拉形是飞机蒙皮类零件的主要成形方法，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。

飞机型材类零件是飞机的关键零部件，是梁和肋的重要组件，广泛用于飞机的机翼和机身，具有尺寸大、品种多、外形复杂、生产批量小、曲率变化范围大及成形精度要求高等特点，多采用拉伸成形(简称拉形)方法制造，是飞机钣金制造的主要工艺，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。目前，飞机型材拉形均采用实体模具，每种类型的飞机型材均需一套专用的实体模具。

实体模具在使用时，每类型材均需一套专用的实体模具，制造实体模具所耗工时占零研制周期的60%～80%，模具工装数量多、生产准备周期长，是新机快速研制生产的瓶颈，也是构建飞机钣金数字化制造系统、实现数字化成形的难题。

由于实体模具的上述缺陷，柔性模具应运而生。国外对行柔性模具的研究经历了概念设计阶段、工艺验证原型机阶段、工程化应用和验证阶段，目前已全面进入商业化生产阶段，在实际生产中已得到较广泛地应。但是这些先进的模具价格昂贵，引进这些装配系统需要大量的资金投入，并且大多数先进的设备国外对国内进行封锁。

国内对柔性模具也较早地展开了研究，吉林工业大学李明哲教授从1990年开始开展柔性多点模具基本理论和成形设备的研究,提出了多道次、多点成形理论；2002年哈尔滨工业大学王仲奇教授等人为解决大型风洞收缩段形体成形困难的问题，发明了多点“三明治”成形工艺，2004年，北京航空制造工程研究所与北京航空航天大学、沈飞公司合作,在国内首次开展了柔性多点模具蒙皮拉形工艺方法的研究,在初期的原型机研制阶段,解决了柔性多点模具蒙皮拉形可行性的相关关键技术，并开发出了柔性多点模具，成功地用于某型号飞机蒙皮零件的试制。

现有的柔性模具主要应用于飞机的蒙皮拉形，还没有主要针对飞机型材拉弯的柔性模具。随着计算机信息技术的飞速发展和三维数字化产品定义在飞机设计中的广泛应用,各种军用和民用飞机研制速度加快，周期缩短。缩短模具设计制造周期和减少模具数量是必须解决的重大问题。针对现代飞机型材生产高精度、低成本短周期的制造需求，开发飞机型材拉弯柔性模具显得十分必要。

发明内容

为了解决现有技术中实体模具生产周期长数量多而柔性多点模具主要针对飞机蒙皮拉形的技术问题。本发明提供了一种用于型材拉弯的柔性模具，该用于型材拉弯的柔性模具采用了“以点代面”的思想将实体模具改为多个可以控制的冲头。从而可以适应飞机型材拉弯多种类、小批量的生产需求，缩短了模具设计制造周期，减少模具数量，加快飞机研制速度，该用于型材拉弯的柔性模具，可以用于不同规格、不同曲率的飞机型材的拉弯生产工作。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于型材拉弯的柔性模具，包括X向定位组件、Z向调整组件和冲头组件，X向定位组件能够调整Z向调整组件在X方向的位置，冲头组件中含有多个冲头，Z向调整组件能够调整冲头组件中每个冲头在Z方向的位置。

X向定位组件包括依次连接的驱动电机、减速机、联轴器和丝杠，丝杠上设有螺母和用于安装Z向调整组件的安装座，螺母和安装座固定连接，螺母和安装座能够沿丝杠的轴线方向移动。

减速机通过减速机座安装在所述用于型材拉弯的柔性模具的机箱上，丝杠的一端通过减速机座安装在机箱上，丝杠的另一端通轴承座安装在机箱上。

安装座安装有固定在机箱上的导向杆，导向杆与丝杠平行。

Z向调整组件包括气缸、调整电机、电机支架和主离合器；气缸的气缸筒与X向定位组件固定连接，气缸的活塞通过电机支架与调整电机固定连接，调整电机的电机轴与主离合器连接。

主离合器的周向上设有多个朝向冲头的凸齿。

Z向调整组件设置在冲头组件的下方，冲头组件还包括副离合器、调整丝杠和调整螺母，副离合器设置在调整丝杠的下端，调整螺母设置在冲头的下端，调整螺母设置在调整丝杠上，调整丝杠的上端设置在冲头内。

副离合器的周向上设有多个朝向Z向调整组件的凸齿。

调整丝杠的下部通过轴承安装在机箱上，调整丝杠的下部设有与轴承的上端抵接的环形突起。

从冲头组件中间向冲头组件左右两边的方向，冲头顶部的曲率逐渐减小，同时，冲头的水平宽度也逐渐减小。

本发明的有益效果是：

与传统模具相比，该柔性模具有以下特点：

1、该模具采用了模块化的设计思想，通过不同模块间组合，可以拼装成不同尺寸的模具，从而满足不同零件规格的生产需求；

2、减少了固定模具的数量，减少占地面积，缩减了投资规模；

3、缩短了模具制造周期，提高了设备利用率，加快了产品研制速率。

与现有柔性多点模具相比，该柔性模具以下特点：

1、冲头形式不同，多点模具采用的是等曲率的冲头，即每个冲头顶部外形为球面，本模具采用的是不等曲率的冲头，采用中间大、两边小的排列方式，使拉弯两侧型面过渡更为光顺，并可以减小板料在成形中所产生的局部应力集中；

2、该模具结构更为紧凑，所需要的驱动源少，整套装置共采用两个驱动电机和一个气缸便实现了所有冲头的高低调整功能；

3、驱动方式更为简单，多点模具采用的是涡轮蜗杆的驱动方式来改变冲头高度，本模具采用的是丝杠螺母的驱动方式来改变冲头高度；

4、应用的范围不同，多点模具主要用于蒙皮类零件的成形，本模具主要用于型材类零件的成形。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的用于型材拉弯的柔性模具作进一步详细的描述。

图1是该用于型材拉弯的柔性模具的结构示意图。

图2是该用于型材拉弯的柔性模具的主视图。

图3是X向定位组件和Z向调整组件部位的示意图。

图4是冲头组件和弹性垫层部位的示意图。

图5是调整丝杠与机箱连接处的示意图。

其中1.X向定位组件，2.Z向调整组件，3.冲头组件，4.弹性垫层，10.驱动电机，11.减速机，13.减速机座，14.丝杠，15.螺母，16.安装座，17.导向杆，18.机箱，19.轴承座，20.气缸，21.调整电机，22.电机支架，23.主离合器，30.副离合器，31.调整丝杠，32.调整螺母，33.冲头，34.轴承，35.轴承盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的用于型材拉弯的柔性模具作进一步详细的说明。一种用于型材拉弯的柔性模具，如图1和图2所示，包括X向定位组件1、Z向调整组件2和冲头组件3，X向定位组件1能够调整Z向调整组件2在X方向的位置，即调整Z向调整组件2在图2中水平方向的位置，冲头组件3中含有多个高度可调的冲头33，Z向调整组件2能够调整冲头组件3中每个冲头33在Z方向的位置，即调整冲头组件3中每个冲头33在图2中竖直方向的位置。

X向定位组件1包括依次连接的驱动电机10、减速机11、联轴器和丝杠14，丝杠14上套设有螺母15和用于安装Z向调整组件2的安装座16，螺母15和安装座16固定连接。如图1和图2所示，这样连接后，驱动电机10能够驱动丝杠14转动，由于螺母15和安装座16固定连接，驱动丝杠14转动后可以使螺母15和安装座16一起沿丝杠14的轴线方向移动，从而调整Z向调整组件2在图2中水平方向的位置。本模具采用的是丝杠螺母的驱动方式，该驱动方式更为简单可靠。

减速机11通过减速机座13安装在所述用于型材拉弯的柔性模具的机箱18上，联轴器设置在减速机座13内，丝杠14的一端通过减速机座13安装在机箱18上，丝杠14的另一端通轴承座19安装在机箱18上，即丝杠14的一端由减速机座13支撑，丝杠14的另一端由轴承座19支撑。安装座16安装有固定在机箱18上的导向杆17，导向杆17与丝杠14平行。导向杆17插接于安装座16，可以保证安装座16沿导向杆17的方向移动。

Z向调整组件2包括气缸20、调整电机21、电机支架22和主离合器23；气缸20的气缸筒与X向定位组件1固定连接，具体是气缸20的气缸筒与X向定位组件1中的安装座16固定连接，如图3所示，气缸20的活塞通过电机支架22与调整电机21固定连接，调整电机21的电机轴与主离合器23连接。气缸20的活塞能够带动调整电机21在图2中竖直方向上下移动，通过主离合器23与冲头组件3中的副离合器30的配合实现调整冲头33的高度。这样该模具结构更为紧凑，所需要的驱动源少，整套装置共采用两个驱动电机和一个气缸便实现了所有冲头的高低调整功能。主离合器23的周向上设有多个朝向冲头33的凸齿。

Z向调整组件2设置在冲头组件3的下方，冲头组件3还包括副离合器30、调整丝杠31和调整螺母32，副离合器30设置在调整丝杠31的下端，调整螺母32固定设置在冲头33的下端，调整螺母32设置在调整丝杠31上，调整丝杠31的上端设置在冲头33内。副离合器30的周向上设有多个朝向Z向调整组件2的凸齿。副离合器30与主离合器23相匹配，当副离合器30与主离合器23结合时，副离合器30的凸齿与主离合器23的凸齿啮合，主离合器23可以驱动副离合器30旋转，当副离合器30与主离合器23分离时，主离合器23则不能驱动副离合器30旋转。当副离合器30与主离合器23结合时，副离合器30能够和调整丝杠31一同旋转，冲头33不能转动而只能上下移动，从而调整冲头33在竖直方向上的高度，参见图3和图4。

为了避免调整丝杠31在竖直方向上的移动，同时减小调整丝杠31的摩擦，调整丝杠31的下部通过轴承34安装在机箱18上，调整丝杠31的下部设有与轴承34的上端抵接的环形突起。这样调整丝杠31就不会在竖直方向上的移动，从而确保冲头33在竖直方向上的位置。轴承34外设有用于固定轴承34的轴承盖35，如图5所示。

工作时，驱动电机10通过减速机11、联轴器带动丝杠14转动，通过安装在丝杠14上的螺母15驱动安装座16沿导向杆17运动，从而实现安装在安装座16上的Z向调整组件2的X向定位。气缸20通过电机支架22推动主离合器23与副离合器啮合，由调整电机21通过主离合器23带动副离合器23转动，从而实现对冲头33的高度调节。通过与不同副离合器23的啮合实现不同冲头调整的目的。

为了使拉弯两侧型面过渡更为光顺，并减小板料在成形中所产生的局部应力集中，同时提高模具调整的效率；从冲头组件3中间向从冲头组件3两边的方向，冲头33顶部的曲率逐渐增大，即如图4所示，同时，从冲头组件3中间向冲头组件3左右两边的方向，冲头33的水平宽度也逐渐减小，即位于冲头组件3中间的冲头33比位于冲头组件3两边的冲头33粗。另外，为了避免零件表面产生压痕，如图5所示，弹性垫层4覆盖在冲头33上。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于，所述用于型材拉弯的柔性模具包括X向定位组件（1）、Z向调整组件（2）和冲头组件（3），X向定位组件（1）能够调整Z向调整组件(2)在X方向的位置，冲头组件（3）中含有多个冲头（33），Z向调整组件(2)能够调整冲头组件（3）中每个冲头（33）在Z方向的位置。

2.根据权利要求1所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：X向定位组件（1）包括依次连接的驱动电机（10）、减速机（11）、联轴器和丝杠（14），丝杠（14）上设有螺母（15）和用于安装Z向调整组件（2）的安装座（16），螺母（15）和安装座（16）固定连接，螺母（15）和安装座（16）能够沿丝杠（14）的轴线方向移动。

3.根据权利要求2所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：减速机（11）通过减速机座（13）安装在所述用于型材拉弯的柔性模具的机箱（18）上，丝杠（14）的一端通过减速机座（13）安装在机箱（18）上，丝杠（14）的另一端通轴承座（19）安装在机箱（18）上。

4.根据权利要求3所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：安装座（16）安装有固定在机箱（18）上的导向杆（17），导向杆（17）与丝杠（14）平行。

5.根据权利要求1所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：Z向调整组件（2）包括气缸（20）、调整电机（21）、电机支架（22）和主离合器（23）；气缸（20）的气缸筒与X向定位组件（1）固定连接，气缸（20）的活塞通过电机支架（22）与调整电机（21）固定连接，调整电机（21）的电机轴与主离合器（23）连接。

6.根据权利要求5所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：主离合器（23）的周向上设有多个朝向冲头（33）的凸齿。

7.根据权利要求1所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：Z向调整组件（2）设置在冲头组件（3）的下方，冲头组件（3）还包括副离合器（30）、调整丝杠（31）和调整螺母（32），副离合器（30）设置在调整丝杠（31）的下端，调整螺母（32）设置在冲头（33）的下端，调整螺母（32）设置在调整丝杠（31）上，调整丝杠（31）的上端设置在冲头（33）内。

8.根据权利要求7所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：副离合器（30）的周向上设有多个朝向Z向调整组件（2）的凸齿。

9.根据权利要求7所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：调整丝杠（31）的下部通过轴承（34）安装在机箱（18）上，调整丝杠（31）的下部设有与轴承（34）的上端抵接的环形突起。

10.根据权利要求1所述的用于型材拉弯的柔性模具，其特征在于：从冲头组件（3）中间向冲头组件（3）左右两边的方向，冲头（33）顶部的曲率逐渐减小，同时，冲头（33）的水平宽度也逐渐减小。

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