CN104056883A - 一种板料多道次渐进式折弯成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板料渐进成形技术领域的成形装置，特别涉及一种板料多道次渐进式折弯成形装置。解决了现有技术中不可精确调整凹模开口距离与凹模的抬高距离、不能较精确的调整凹模开口夹角等问题，其技术方案是构建一种板料多道次渐进式折弯成形装置，包括底座部分、传动机构、工作台组件、下模组件和上模组件；上模组件固定安装在数控渐近成形机床、万能试验机或压力试验机的主轴末端，下模组件位于工作台组件上，工作台组件位于传动机构上，底座部分位于上模组件、下模组件、工作台组件和传动机构的最下端，起支撑作用。该发明具有通用性，柔性化程度较高，结构精巧，操作较简单易行。

Description

一种板料多道次渐进式折弯成形装置

技术领域

本发明属于板料渐进成形技术领域，涉及一种板料渐进成形装置，特别涉及一种用于直管零件和斜锥管零件的多道次渐进式折弯成形装置。

背景技术

板料渐进成形是近年来兴起的板料成形技术，具有成形方式灵活、成形性能好以及柔性高等特点，特别适用于单件及小批量的金属板材产品的生产加工。相对于单道次折弯成形，多道次折弯成形过程更为复杂，该方法是一种柔性的板料成形工艺，它把工件复杂型面逐道离散化，将工件型面复杂的几何信息转换成一系列单一道次的折弯参数，然后通过控制每一道次的板料进给量和凸模下压位移量来渐进成形高精度工件。在成形过程中，不仅要考虑每道次之间的间隔，凸模的加载和材料的回弹，还要考虑模具的参数。

目前，国内外对多道次渐进折弯成形的研究甚少，多道次渐进折弯成形的技术往往用于大型高强度(如输油管道)的工件，对于成形直管零件和斜锥管零件，如TB5薄壁钛合金管道零件，在此方面的研究又是更少。在多道次渐进成形中，影响零件几何精度的主要原因是成形过程中板料的弯曲效应和回弹现象。Fu ZM等人在《Using genetic algorithm-back propagation neural network predictionand finite-elemtent model simulation to optimize the process ofmultiple-step incremental air-bending forming of sheet metal》(Materialsand Design，2010，31：267-277)中对板料渐进成形过程中发生回弹的各因素进行了探讨。其中，凸、凹模的几何参数是一个不可忽视的因素。目前，多道次渐进成形中普遍使用的凸、凹模结构的尺寸参数往往是固定不变的，对于由于回弹现象造成的零件加工误差而需要对模具进行修正，是非常不方便的。对于成形不同尺寸的直管和斜锥管零件，往往根据回弹需要调整凸模半径、凸模下压深度、凹模圆角半径、凹模开口距离。在对斜锥管零件成形时，可采用凸模抬高角度法和凹模变截面法的成形方法。采用凸模抬高角度法，是将板料小端跟大端先后闸压，由于回弹半径不一致，则可以通过确定合适的凸模抬高角度和合适的凸模行程即可折弯成形出目标零件。凹模变截面法是通过改变凹模的截面跨距，用于成形锥管小端的跨距小，成形锥管大端的跨距大，这样在相同凸模压入深度下，大小两端回弹半径不一致，确定合适的凹模跨距和凸模压入深度即可成形目标零件。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不可精确调整凹模开口距离与凹模的抬高距离、不能较精确的调整凹模开口夹角等问题，设计一种板料多道次渐进式折弯成形装置，可控制凹模开口距离与凹模开口夹角，可调节凹模抬高角度，同时可更换凸、凹模，用特定的成形方法成形不同尺寸的直管零件和斜锥管零件。

本发明解决的技术问题是：设计一种板料多道次渐进式折弯成形装置，根据成形件的不同，可以调整两侧凹模的相对角度，解决了现有技术中不能较精确的调整凹模开口夹角的问题；由于安装了铰链装置，移动推块，带动下模座向上移动，可抬高一定的角度，较方便的达到所需角度；采用滚珠丝杆副结构，利用刻度盘上的刻度值，可精确地调整两个凹模之间的开口距离。本装置柔性化程度较高，结构精巧，操作较简单易行。

本发明的技术方案是：构建一种板料多道次渐进式折弯成形装置，包括：底座部分、传动机构、工作台组件、下模组件和上模组件；底座部分固定安装于数控渐进成形机床的工作台上，位于上模组件、下模组件、工作台组件和传动机构的最下端，起支撑作用；传动机构位于底座部分之上，带动工作台组件进行轴向运动；下模组件在工作台组件上，可以在所在平面进行周向旋转；上模组件固定安装在数控渐进成形机床、万能试验机或压力试验机的主轴末端，进行上下运动。

本发明的进一步技术方案是：底座部分包括底板15、调节螺栓Ⅱ23、推块25和压板24；底板15固定安装于数控渐进成形机床、万能试验机或压力试验机的工作台上；两个推块25分别位于底板15一侧开有的两个的斜槽内，并且可在斜槽内滑动。

本发明的进一步技术方案是：传动机构包括直线导轨12、滑块17、滚珠丝杠27、轴承座18、锁紧螺钉28、刻度盘13、压花把手4、压块22、铰链装置26和床台14；床台位于底座部分的底板上，床台14和底板15之间的另一侧通过铰链装置26进行连接，底座部分中的推块25带动床台14绕传动机构上的铰链装置26上的销轴进行转动，当达到所需高度后，通过螺栓可将床台14与底板15锁紧。直线导轨12位于床台上，直线导轨12与平台11之间通过滑块进行连接；压块22通过沉头螺钉进行顶紧，使直线导轨12的轴基准侧面紧紧靠贴床台14的侧基面；调整垫片20调节螺母座21与平台11之间的间隙。滚珠丝杠27位于直线导轨12之间，螺母座21通过单螺母19安装在滚珠丝杆27上，其中的一端通过轴承座进行支撑，且该端装有刻度盘13和压花把手4，刻度盘13和压花把手4通过单圆头普通平键安装在滚珠丝杆27末端，当给定凹模左、右两侧的开口距离时，通过刻度盘上所标的刻度值可转动压花把手进行调节；轴承座18部件内部配有一对角接触球轴承、内外隔套和端面带孔圆螺母，其上配有锁紧螺钉28，拧紧锁紧螺钉28，使滚珠丝杠27不能转动。

本发明的进一步技术方案是：工作台组件包括平台11，调节螺栓Ⅰ5和固定轴30；平台11位于传动机构的滑块17上，平台11远离下模组件的一侧开有螺纹孔；固定轴30位于平台11上，调节螺栓Ⅰ5通过螺纹孔，根据成形零件的要求，当需要调整左、右两侧下模组件的夹角时，松开盖形螺母，转动调节螺栓Ⅰ，可调整两侧的角度。

本发明的进一步技术方案是：下模组件包括凹模9、下模座10和轴套29；凹模9通过紧定螺钉16安装在下模座10上，凹模9有U型凹模和、V型凹模两种形式，且两种形式根据需要，可以进行替换；下模座10位于工作台组件的平台11上，可绕工作台组件上的固定轴30进行周向转动，转动角度确定后，用盖形螺母7通过垫片8锁紧；为了防止成形过程中下模座10由于受侧向力而产生偏转，下模座10的一侧用调节螺栓的球头部分进行定位；轴套29位于下模座10的孔内，通过紧定螺钉16进行固定。

本发明的进一步技术方案是：上模组件包括上模座1、凸模2和校准杆3；凸模2位于上模座1下方；凸模2与上模座1之间开有铰制孔，并用螺栓固定连接；校准杆3可在凸模2上开有的圆柱槽内上下滑动，校准杆3的数量根据成形板材的宽度和板材在下模座上的位置进行确定。

本发明的进一步技术方案是：本发明具有通用性，柔性化程度较高，结构精巧，操作较简单易行。

发明效果

本发明的技术效果在于：设计一种板料多道次渐进式折弯成形装置，能够利用凸模抬高角度法或凹模变截面法对直管零件和斜锥管零件进行折弯成形。根据成形件的不同，可以通过调节螺栓Ⅰ调节下模座相对固定轴进行周向转动的角度，因为凹模位于下模座上，因此同样调整了两侧凹模的相对角度，从而实现不同截面处有不同的凹模开口距离。由于安装了铰链装置，移动推块，带动下模座向上移动，可抬高一定的角度，较方便的达到所需角度。采用滚珠丝杆副结构，利用刻度盘上的刻度值，可精确地调整凹模开口距离。本发明柔性化程度较高，结构精巧，操作较简单易行。

附图说明

附图1是板料多道次渐进成形装置的主视图

附图2是板料多道次渐进成形装置的俯视图

附图3是板料多道次渐进成形装置的左视图

附图4是板料多道次渐进成形装置的等轴测视图

附图5是上模座和工作台组件的等轴测视图

附图6是底座部分的底板结构示意图

附图7是底座部分的底板结构A向剖面图

附图8是带有V型模具的下模座结构示意图

附图9是带有U型模具的下模座结构示意图

附图标记说明：1-上模座；2-凸模；3-校准杆；4-压花把手；5-调节螺栓Ⅰ；6-锁紧螺母；7-盖形螺母；8-垫片；9-凹模；10-下模座；11-平台；12-直线导轨；13-刻度盘；14-床台；15-底板；16-紧定螺钉；17-滑块；18-轴承座；19-单螺母；20-调整垫片；21-螺母座；22-压块；23-调节螺栓Ⅱ；24-压板；25-推块；26-铰链装置；27-滚珠丝杆；28-锁紧螺钉；29-轴套；30-固定轴。

具体实施方式

本发明的工作原理是：

第一步：根据实际生产需求，选用几组不同的凸模圆角半径和凹模圆角半径参数，进行数值模拟后，选取回弹量较小的一组参数。将凸模和凹模分别安装在上模座和下模座上。

第二步：根据需要调整左、右两侧凹模的开口距离。旋转压花把手，通过观测刻度盘上的刻度值，得到符合要求的开口距离。

第三步：如果为直管零件，则只需调节凹模的开口距离成形零件即可；如果是成形斜锥管零件，可采用凹模变截面法和凸模抬高角度法成形零件。采用凹模变截面法，同时通过调节螺栓Ⅰ调节凹模开口夹角的相对角度以及通过压花把手调整凹模的开口距离，得到符合要求的不同截面尺寸距离值，调节完成后拧紧盖形螺母；采用凸模抬高角度法，在成形时，可采用下模座反向抬高角度的方法，即上模座保持水平，将对应的成形斜锥管零件小端处的下模座位置用推块调节高度，操作时，用调节螺栓Ⅱ推动推块，使推块在斜槽内滑动，带动床台向上移动，从而产生抬高角。调到理想位置后，用螺栓将底板和床台锁紧。

第四步：将板料置于凹模上，板料净毛料上绘制控制线。凸模向下移动时，用安装在凸模上的校准杆对准所需的控制线，凸模下压到指定深度，从而完成一次折弯成形，依次折弯板料上所有控制线最终得到较为精确地成形尺寸。

下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。

实施例1(采用凸模抬高角度法成形斜锥管零件)

1.参见图1-图6，本发明包括：上模座1、凸模2、校准杆3、压花把手4、调节螺栓Ⅰ5、锁紧螺母6、盖形螺母7、垫片8、U型凹模9、下模座10、平台11、床台14、底板15、推块25、铰链装置26等。其中：凸模2安装在上模座1上，校准杆3位于凸模2开有的圆柱孔内。U型凹模9通过紧定螺钉16安装在下模座10上，板料位于U型凹模9上。压花把手4安装在位于轴承座18上的滚珠丝杆27末端，下模座10置于平台11上并通过垫片8和盖形螺母7锁紧，平台11安装在滑块17上并通过调整垫片20与螺母座21连接，床台14位于底板15上并经直线导轨12和滑块17与平台11相连。铰链装置26安装在床台14与底板15之间。推块25位于斜槽内并在调节螺栓Ⅱ23作用下可沿斜槽滑动。底板15安装在数控渐进成形机床、万能试验机或压力试验机上。

板料成形过程如下：

(1)产品所用板料厚度为0.8mm的TB5钛合金薄板，采用PAMSTAMP2G的INVERSE反算模块计算板料的毛坯形状，用于渐进折弯的折弯控制线是按等分原则进行划分。

(2)U型凹模折弯时，模具参数对回弹量影响的主次关系为：凹模开口距离，凹模圆角半径，凸模半径。结合实际生产制造选取一组模具参数和凸模压入深度，并进行正交试验和PAMSTAMP2G有限元模拟，取影响回弹量值最小的一组参数。选用的模具参数分别为：

U型凹模9开口距离： 25mm

U型凹模9圆角半径： 2mm

凸模2半径： 10mm

(3)将圆角半径为4mm的凸模2和圆角半径为2mm的U型凹模9分别安装到上模座1和下模座10上，并用压花把手4通过刻度盘13上的刻度值调节凹模开口距离为25mm，然后拧紧锁紧螺钉28，防止成形过程中滚珠丝杠27产生转动。

(4)对于成形大、小端半径尺寸分别为30mm和20mm的斜锥管零件，通过PAMSTAMP2G有限元软件模拟仿真得到半径为20mm时凸模的压入深度为6.10mm，成形30mm时凸模的压入深度为4.32mm，两者之间差值为1.78mm。经过计算并给出一些相应的修正后得到抬高角度为0.89mm。因此，通过调节螺栓Ⅱ23将推块25沿着斜槽移动，将床台14抬高到所需距离后，用螺栓锁紧床台14和底板15。

(5)依次沿着折弯控制线对板料按给定的凸模压入深度(6.10mm)进行折弯，在对每一条控制线折弯时，用校准杆3调整板料在U型凹模9上的位置，尽可能的使凸模2下端轮廓线与折弯控制线重合，对所有的控制线折弯后，可得到所需的目标零件。

实施例2(采用凹模变截面法成形斜锥管零件)

1.参见图1-图6，本发明包括：上模座1、凸模2、校准杆3、压花把手4、调节螺栓Ⅰ5、锁紧螺母6、盖形螺母7、垫片8、U型凹模9、下模座10、平台11、床台14、底板15、推块25、铰链装置26等。其中：凸模2安装在上模座1上，校准杆3位于凸模2开有的圆柱孔内。U型凹模9通过紧定螺钉16安装在下模座10上，板料位于U型凹模9上。压花把手4安装在位于轴承座18上的滚珠丝杆27末端，下模座10置于平台11上并通过垫片8和盖形螺母7锁紧，平台11安装在滑块17上并通过调整垫片20与螺母座21连接，床台14位于底板15上并经直线导轨12和滑块17与平台11相连。铰链装置26安装在床台14与底板15之间。推块25位于斜槽内并在调节螺栓Ⅱ23作用下可沿斜槽滑动。底板15安装在数控渐进成形机床、万能试验机或压力试验机上。

板料成形过程如下：

(1)产品所用板料厚度为0.8mm的TB5钛合金薄板，采用PAMSTAMP2G的INVERSE反算模块计算板料的毛坯形状，用于渐进折弯的折弯控制线是按等分原则进行划分。

(2)U型凹模折弯时，模具参数对回弹量影响的主次关系为：凹模开口距离，凹模圆角半径，凸模半径。结合实际生产制造选取一组模具参数和凸模压入深度，并进行正交试验和PAMSTAMP2G有限元模拟，取影响回弹量值最小的一组参数。选用的模具参数分别为：

U型凹模9开口距离： 25mm

U型凹模9圆角半径： 2mm

凸模2半径： 10mm

(3)对于成形大、小端半径尺寸分别为30mm和20mm的斜锥管零件，成形小端尺寸(半径20mm)U型凹模9的模具跨度(25mm)不变，成形大端尺寸(半径30mm)U型凹模9的模具跨度变化。通过PAMSTAMP2G有限元软件模拟仿真并经过适当修正，得到大端半径为30mm时U型凹模跨度值为30.4mm。为了得到给定的U型凹模大、小端跨度值，可通过调节螺栓Ⅰ5和压花把手4对U型凹模9的跨度距离给予调节，调节完后，拧紧盖形螺母7和锁紧螺钉28，防止U型凹模9发生转动和位移。

(4)依次沿着折弯控制线对板料按给定的凸模压入深度(6.10mm)进行折弯，在对每一条控制线折弯时，用校准杆3调整板料在U型凹模9上的位置，尽可能的使凸模2下端轮廓线与折弯控制线重合，对所有的控制线折弯后，可得到所需的目标零件。

Claims (6)

1.一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，包括：底座部分、传动机构、工作台组件、下模组件和上模组件；底座部分固定安装于数控渐进成形机床的工作台上，位于上模组件、下模组件、工作台组件和传动机构的最下端，起支撑作用；传动机构位于底座部分之上，带动工作台组件进行轴向运动；下模组件在工作台组件上，可以在所在平面进行周向转动；上模组件固定安装在数控渐进成形机床、万能试验机或压力试验机的主轴末端，进行上下运动。

2.如权利要求1所述的一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，底座部分包括底板(15)、调节螺栓Ⅱ(23)、推块(25)和压板(24)；底板(15)固定安装于数控渐进成形机床的工作台上；推块(25)位于底板(15)一侧的斜槽内，可进行滑动，且通过安装在压板(24)上的调节螺栓Ⅱ(23)对推块(25)在斜槽内滑动的距离进行调节。

3.如权利要求1所述的一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，传动机构包括直线导轨(12)、滑块(17)、滚珠丝杠(27)、轴承座(18)、锁紧螺钉(28)、刻度盘(13)、压花把手(4)、压块(22)、铰链装置(26)和床台(14)；床台位于底座部分的底板上，床台(14)和底板(15)之间的另一侧通过铰链装置(26)进行连接，且床台(14)可绕铰链装置(26)进行转动；直线导轨位于床台上，直线导轨与平台之间通过滑块进行连接；压块(22)通过沉头螺钉安装于床台两侧；滚珠丝杠(27)位于直线导轨之间，其中的一端通过轴承座进行支撑，且该端装有刻度盘(13)和压花把手(4)。

4.如权利要求1所述的一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，工作台组件包括平台(11)，调节螺栓Ⅰ(5)和固定轴(30)；平台(11)位于传动机构的滑块(17)上，平台(11)远离下模组件的一侧开有螺纹孔；固定轴(30)位于平台(11)上，调节螺栓Ⅰ(5)通过螺纹孔，对下模组件转动的角度进行调整。

5.如权利要求1所述的一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，下模组件包括凹模(9)、下模座(10)和轴套(29)；凹模(9)通过紧定螺钉(16)固定安装在下模座(10)上；下模座(10)位于工作台组件的平台(11)上，可绕工作台组件上的固定轴(30)进行周向转动；轴套(29)位于下模座(10)的孔内，通过紧定螺钉(16)进行固定。

6.如权利要求1所述的一种板料多道次渐进式折弯成形装置，其特征在于，上模组件包括上模座(1)、凸模(2)和校准杆(3)；凸模(2)位于上模座(1)下方；凸模(2)与上模座(1)之间开有铰制孔，并用螺栓固定连接；校准杆(3)可在凸模(2)上开有的圆柱槽内上下滑动，校准杆(3)的数量根据成形板材的宽度和板材在下模座上的位置进行确定。