CN104942112B - 一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法 - Google Patents

Abstract

一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，它涉及一种薄壁坯料逐步成形方法，以解决现有的成形方法和装置无法对大尺寸薄壁坯料成形时各部分进行有效的控制，导致成形时发生局部变形、减薄或起皱的问题，该成形方法的主要步骤为：步骤一、将切割好待成形的坯料放置在成形模具上，将坯料定位并固定；步骤二、施力平台在压力机的作用下向成形模具运动；步骤三、多个施力杆上各连接的成形头与坯料滑动接触，与施力杆相连接的成形头产生作用于坯料上的力实现坯料变形；步骤四、施力平台在压力机作用下继续向成形模具靠近；步骤五、成形结束后，移走施力平台，将成形后的坯料从成形模具上取下。本发明用于薄壁坯料的成形。

Description

一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁坯料逐步成形方法，具体涉及一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法。

背景技术

在航空航天及汽车领域，存在很多较大尺寸的钣金零件，其平面内单方向尺寸较大，可达2m甚至更大，厚度一般在1-2mm范围内，属于典型的薄壁钣金零件。这类薄壁钣金零件一般采用具有相等壁厚的原始板料来成形。成形此类薄壁钣金零件可以通过刚性模具冲压的方式进行，即将坯料放置于模具中，利用上下模具(或称凸凹模具)相对运动迫使坯料发生塑性变形使之达到预设的形状，但是在成形的过程中模具与坯料只是部分接触(有些区域处于悬空状态)且接触状态不断变化，使得成形过程中坯料的受力状态不可控，容易发生起皱或破裂缺陷。成形此类薄壁钣金零件还可以通过夹钳夹持住板坯边缘，然后向凸模移动，板坯在拉应力作用下发生塑性变形，使得板料贴合到凸模表面。该成形过程中板料的各个部分发生的塑性变形量差别较大，各部分的壁厚分布不均匀，应变硬化程度差异大。此外,还可以采用带球头的杆将坯料一点一点地压靠在模具上的方式来成形,也即是采用机械装置带动带有球头的杆沿着一定轨迹(模具型面向外偏移一定距离的面)将坯料压靠在模具表面上,但是在成形时只有与球头相接触的局部成形区域受到约束,而在其他区域坯料与模具之间没有约束,使得坯料在成形时不受约束的区域可能发生不必要的变形或移动,导致受约束的局部区域的受力状态发生变化以及已经变形的区域再次发生变形，特别是较大幅面的薄壁件更易出现这种“失控”的变形情况。

为了解决大尺寸薄壁坯料成形过程中可能出现的材料局部变形、减薄或起皱，以及成形过程中的受力、变形不可控问题，需要建立一种能够实现对成形过程较好地控制的成形方法。

发明内容

本发明是为解决现有的成形方法和装置无法对大尺寸薄壁坯料成形时各部分进行有效的控制，导致成形时发生局部变形、减薄或起皱的问题，提出了一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料放置在成形模具上，将坯料定位并固定；

步骤二、施力平台在压力机的作用下向成形模具运动；其中，施力平台的下端面转动连接有多个施力杆；

步骤三、多个施力杆上各连接的成形头与坯料滑动接触，同时，施力平台与多个施力杆之间连接的每个反力元件对相对应的施力杆施加反力，使得与施力杆相连接的成形头产生作用于坯料上的力实现坯料变形；

步骤四、施力平台在压力机作用下继续向成形模具靠近，成形头将坯料逐步压靠在成形模具的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台，将成形后的坯料从成形模具上取下。

本发明的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料放置在成形模具上，将坯料定位并固定；

步骤二、施力平台在压力机的作用下向成形模具运动；其中，施力平台的下端面转动连接有多个施力杆；

步骤三、多个施力杆上各连接的成形头与坯料滑动接触，同时，同一竖直平面内转动连接的两个施力杆之间连接的弹簧对两个施力杆施加反力，使得与施力杆相连接的成形头产生作用于坯料上的力实现坯料变形；

步骤四、施力平台在压力机作用下继续向成形模具靠近，成形头将坯料逐步压靠在成形模具的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台，将成形后的坯料从成形模具上取下。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用多个施力杆对待加工坯料进行施加作用力，施力杆的数量和布置位置可以变化，因此可以根据需要在坯料的不同的部位布置施力杆，使得接触状态可以在变形的过程中受到控制，在这种作用力的作用下坯料各处变形的均匀性得到提高，材料成形过程的稳定性得到提高。

二、本发明采用多个施力杆对待加工的坯料进行施加作用力，施力杆施加在坯料上的作用力是依靠弹簧或油缸提供反力并在杠杆的作用下来实现的，因此可以通过改变弹簧的数量和倔强系数等参数或改变油缸内的压力参数来改变反力大小，从而改变施力杆对坯料的作用力，在坯料不同部位施力杆对坯料的作用力大小可以调节，使得坯料的受力状态更为合理，变形更为均匀。

三、本发明采用的施力杆，长度可以调节，对于成形形状相近的零件，只需调节施力杆的长度即可。

四、本发明采用主要由施力平台、施力杆和反力元件(弹簧或油缸)组成施力机构，结构较为简单，可以适用于不同形状和尺寸的坯料，对控制精度没有较高要求，设计合理、通用性好、成本低、简单易于使用。

附图说明

图1为与本发明的多杆施力的薄壁坯料逐步成形相结合的装置示意图，图2为具体实施方式二采用弹簧提供反力的曲杆式施力杆施力示意图，图3为具体实施方式三采用油缸提供反力的曲杆式施力杆施力示意图，图4为具体实施方式四伸缩式施力杆施力状态示意图，图5为具体实施方式五的圆柱形成形头与施力杆刚性连接示意图，图6为具体实施方式五的圆柱形成形头在施力杆上滚动连接示意图，图7为具体实施方式五的球形成形头与施力杆刚性连接示意图，图8为具体实施方式八的弹簧内置式直杆式施力杆成形示意图，图9为具体实施方式八的弹簧外置式直杆式施力杆成形示意图，图10为单曲率曲面状坯料示意图，图11为马鞍曲面状坯料示意图，图12为回转曲面状坯料示意图，图13为本发明成形回转曲面状坯料的成形示意图；

其中1为坯料，2为成形模具，3为成形头，4为施力杆，5为施力平台，8为支撑杆，9为弹簧，10为油缸。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～10说明，本实施方式的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料1放置在成形模具2上，将坯料1定位并固定；

步骤二、施力平台5在压力机的作用下向成形模具2运动；其中，施力平台5的下端面转动连接有多个施力杆4；

步骤三、多个施力杆4上各连接的成形头3与坯料1滑动接触，同时，施力平台5与多个施力杆4之间连接的每个反力元件对相对应的施力杆4施加反力，使得与施力杆4相连接的成形头3产生作用于坯料1上的力实现坯料1变形；

步骤四、施力平台5在压力机作用下继续向成形模具2靠近，成形头3将坯料1逐步压靠在成形模具2的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台5，将成形后的坯料1从成形模具2上取下。

本实施方式施力平台5、多个施力杆4、多个支撑杆8、多个反力元件和多个成形头3组成施力机构，施力杆4、支撑杆8、反力元件和成形头3的数量相一致，支撑杆8固接在施力平台5的下表面上，施力杆4铰接在支撑杆8上，反力元件布置在施力平台5和施力杆4之间且与二者连接。

具体实施方式二：结合图1和图2说明，本实施方式的步骤三中的反力元件为弹簧9，多个施力杆4均为弯曲杆，施力杆4转动连接在与施力平台5固接的支撑杆8上，施力杆4的弯曲处能绕支撑杆8转动，弹簧9的一端与施力平台5连接，弹簧9的另一端与施力杆4的一端连接，施力杆4的另一端连接成形头3，弹簧9受到压缩时产生反作用力作用于施力杆4，使得与施力杆4相连接的成形头3产生作用于坯料1上的力实现坯料1变形。

本实施方式的弹簧9受到压缩时产生反作用力作用于施力杆4，施力杆4通过销连接在施力平台5上，施力杆4可以绕固定销旋转，因此在弹簧9反力作用下使得施力杆4产生作用于坯料1的作用力，实现对坯料1的变形。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图3说明，本实施方式的步骤三中的反力元件为油缸10，多个施力杆4均为弯曲杆，施力杆4转动连接在与施力平台5固接的支撑杆8上，施力杆4的弯曲处能绕支撑杆8转动，油缸10固定在施力平台5的下表面，油缸10的驱动杆与施力杆4的一端相连，施力杆4的另一端连接成形头3，油缸10受到压缩时产生反作用力作用于施力杆4，使得与施力杆4相连接的成形头3产生作用于坯料1上的力实现坯料1变形。

本实施方式的油缸10受到压缩时产生反作用力作用于施力杆4，施力杆4通过销连接在施力平台5上，施力杆4可以绕固定销旋转，因此在油缸10反力作用下使得施力杆4产生作用于坯料1的作用力，实现对坯料1的变形。

本实施方式的有益效果是：油缸10作用于施力杆4的反力的大小与油缸10内压力有关，而油缸10内的压力易于精确控制，因此油缸10的作用反力可以随变形过程精确控制，使得成形过程中坯料1各部分所受的力大小可以精确控制，利于对坯料受力状态进行控制，以便于变形过程稳定进行、坯料均匀变形、壁厚分布更为均匀。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1和图4说明，本实施方式的步骤三中的施力杆4为伸缩式施力杆。本实施方式的施力杆4的长度是可以改变的。施力杆4包括两部分组成，一部分是施力杆本体，另一部分是伸缩部分4-1。可以通过调节施力杆伸缩部分4-1长短来改变施力杆总的长度，适应不同形状零件的成形。

本实施方式的有益效果是：通过调节施力杆的长度就可以满足不同形状零件的成形，这种设计结构简单，易于实施。其它步骤和参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图5-图7说明，本实施方式的步骤三中的成形头3为圆柱形成形头或球形成形头，圆柱形成形头与施力杆4焊接或转动连接，球形成形头与施力杆4焊接。其它步骤和参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式六：结合图11-图13说明，本实施方式的步骤一中待成形的坯料1为单曲率曲面形式的坯料或马鞍曲面形式的坯料或回转曲面形式的坯料。其它步骤和参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图8和图9说明，本实施方式的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料1放置在成形模具2上，将坯料1定位并固定；

步骤二、施力平台5在压力机的作用下向成形模具2运动；其中，施力平台5的下端面转动连接有多个施力杆4；

步骤三、多个施力杆4上各连接的成形头3与坯料1滑动接触，同时，同一竖直平面内转动连接的两个施力杆4之间连接的弹簧9对两个施力杆4施加反力，使得与施力杆4相连接的成形头3产生作用于坯料1上的力实现坯料1变形；

步骤四、施力平台5在压力机作用下继续向成形模具2靠近，成形头3将坯料1逐步压靠在成形模具2的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台5，将成形后的坯料1从成形模具2上取下。

本实施方式的施力平台5、多个施力杆4、多个支撑杆8和多个弹簧9组成施力机构，位于同一竖直平面内的两个施力杆4铰接在一个支撑杆8上，支撑杆8竖向安装在施力平台5的下表面上。当连接在一起的两根施力杆4绕固定节点转动时杆之间的夹角发生变化，弹簧9作用于两个施力杆4，使得施力杆4产生作用于坯料1的力。

具体实施方式八：结合图8和图9说明，本实施方式的步骤三的施力杆4为直杆，同一竖直平面内的两个施力杆4转动连接在与施力平台5固接的支撑杆8上，施力杆4的下端与成形头3连接，两个施力杆4的中部或上端之间布置有与二者连接的弹簧9，连接在一起的两个施力杆4绕支撑杆8转动时两个施力杆4之间的夹角发生变化，弹簧9作用于两个施力杆4使得施力杆4产生作用于坯料1的力实现坯料1变形。

弹簧9与两个施力杆4的中部位置或上端部相连接，弹簧9布置在两个施力杆4中部位置为内置式布置，弹簧9布置在两个施力杆4上端部位置为外置式布置。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图5-图9说明，本实施方式的步骤三中的成形头3为圆柱形成形头或球形成形头，圆柱形成形头与施力杆4焊接或转动连接，球形成形头与施力杆4焊接。其它步骤和参数与具体实施方式七或八相同。

具体实施方式十：结合图11-图13说明，本实施方式的步骤一中待成形的坯料1为单曲率曲面形式的坯料或马鞍曲面形式的坯料或回转曲面形式的坯料。其它步骤和参数与具体实施方式九相同。

具体实施方式十一：结合图1-图4以及图7-图10说明，本实施方式的一种多杆施力的薄壁回转曲面状坯料逐步成形方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将制备好的待成形的坯料1放置在成形模具2上，将坯料1进行定位并固定；

步骤二、施力平台5在压力机的作用下向成形模具2运动；其中，施力平台5的下端面转动连接有多个施力杆4，施力杆4在施力平台5上沿环向均匀布置；

步骤三、多个施力杆4上各连接的成形头3与坯料1滑动接触，同时，施力平台5与多个施力杆4之间连接的每个弹簧9或油缸10对相对应的施力杆4施加反力，使得与施力杆4相连接的成形头3产生作用于坯料1上的力实现坯料1变形；成形模具2带着坯料1绕自身轴线旋转；其中，成形头3为球形成形头；

步骤四、施力平台5在压力机作用下继续向成形模具2靠近；成形头3将坯料1逐步压靠在旋转运动的成形模具2的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台5，将成形后的坯料1从成形模具2上取下。

Claims (10)

1.一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：该方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料(1)放置在成形模具(2)上，将坯料(1)定位并固定；

步骤二、施力平台(5)在压力机的作用下向成形模具(2)运动；其中，施力平台(5)的下端面转动连接有多个施力杆(4)；

步骤三、多个施力杆(4)上各连接的成形头(3)与坯料(1)滑动接触，同时，施力平台(5)与多个施力杆(4)之间连接的每个反力元件对相对应的施力杆(4)施加反力，使得与施力杆(4)相连接的成形头(3)产生作用于坯料(1)上的力实现坯料(1)变形；

步骤四、施力平台(5)在压力机作用下继续向成形模具(2)靠近，成形头(3)将坯料(1)逐步压靠在成形模具(2)的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台(5)，将成形后的坯料(1)从成形模具(2)上取下。

2.根据权利要求1所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三中的反力元件为弹簧(9)，多个施力杆(4)均为弯曲杆，施力杆(4)转动连接在与施力平台(5)固接的支撑杆(8)上，施力杆(4)的弯曲处能绕支撑杆(8)转动，弹簧(9)的一端与施力平台(5)连接，弹簧(9)的另一端与施力杆(4)的一端连接，施力杆(4)的另一端连接成形头(3)，弹簧(9)受到压缩时产生反作用力作用于施力杆(4)，使得与施力杆(4)相连接的成形头(3)产生作用于坯料(1)上的力实现坯料(1)变形。

3.根据权利要求1所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三中的反力元件为油缸(10)，多个施力杆(4)均为弯曲杆，施力杆(4)转动连接在与施力平台(5)固接的支撑杆(8)上，施力杆(4)的弯曲处能绕支撑杆(8)转动，油缸(10)固定在施力平台(5)的下表面，油缸(10)的驱动杆与施力杆(4)的一端相连，施力杆(4)的另一端连接成形头(3)，油缸(10)受到压缩时产生反作用力作用于施力杆(4)，使得与施力杆(4)相连接的成形头(3)产生作用于坯料(1)上的力实现坯料(1)变形。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三中的施力杆(4)为伸缩式施力杆。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三中的成形头(3)为圆柱形成形头或球形成形头，圆柱形成形头与施力杆(4)焊接或转动连接，球形成形头与施力杆(4)焊接。

6.根据权利要求5所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤一中待成形的坯料(1)为单曲率曲面形式的坯料或马鞍曲面形式的坯料或回转曲面形式的坯料。

7.一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：该方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将切割好待成形的坯料(1)放置在成形模具(2)上，将坯料(1)定位并固定；

步骤二、施力平台(5)在压力机的作用下向成形模具(2)运动；其中，施力平台(5)的下端面转动连接有多个施力杆(4)；

步骤三、多个施力杆(4)上各连接的成形头(3)与坯料(1)滑动接触，同时，同一竖直平面内转动连接的两个施力杆(4)之间连接的弹簧(9)对两个施力杆(4)施加反力，使得与施力杆(4)相连接的成形头(3)产生作用于坯料(1)上的力实现坯料(1)变形；

步骤四、施力平台(5)在压力机作用下继续向成形模具(2)靠近，成形头(3)将坯料(1)逐步压靠在成形模具(2)的表面；

步骤五、成形结束后，移走施力平台(5)，将成形后的坯料(1)从成形模具(2)上取下。

8.根据权利要求7所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三的施力杆(4)为直杆，同一竖直平面内的两个施力杆(4)转动连接在与施力平台(5)固接的支撑杆(8)上，施力杆(4)的下端与成形头(3)连接，两个施力杆(4)的中部或上端之间布置有与二者连接的弹簧(9)，连接在一起的两个施力杆(4)绕支撑杆(8)转动时两个施力杆(4)之间的夹角发生变化，弹簧(9)作用于两个施力杆(4)使得施力杆(4)产生作用于坯料(1)的力实现坯料(1)变形。

9.根据权利要求7或8所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤三中的成形头(3)为圆柱形成形头或球形成形头，圆柱形成形头与施力杆(4)焊接或转动连接，球形成形头与施力杆(4)焊接。

10.根据权利要求9所述的一种多杆施力的薄壁坯料逐步成形方法，其特征在于：步骤一中待成形的坯料(1)为单曲率曲面形式的坯料或马鞍曲面形式的坯料或回转曲面形式的坯料。