CN106914535B - 曲面多点成形加工装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲面多点成形加工装置及其实施方法，属曲面多点成形加工技术领域。该装置由两个结构相同的上基本体群和下基本体群组合而成，所述上基本体群和下基本体群均包括中央基本单元柱体阵列，对称布置在中央基本单元柱体阵列周围的挤压板，分布于挤压板周围且带有螺纹孔的护板，通过护板上的螺纹孔与挤压板接触的加压杆栓，套于加压杆栓上并将加压杆栓固定于护板的锁紧螺母，连接在加压杆栓一端并可旋转加压杆栓的旋转柄。采用本发明可制备出高曲面质量和高表面质量的个性化曲面，且采用本发明可提高所制零件的结构强度，同时，本发明采用正六边形对称布置也可方便零件的加工制造。
Description
技术领域
本发明涉及曲面多点成形加工技术领域，具体涉及一种曲面多点成形加工装置，本发明还涉及采用这种装置制备个性化曲面的实施方法。
背景技术
现代工业生产、生活中常见各类拉伸、起伏、压筋等钣金制件，每一个制件都需要用与之匹配的模具进行加工生产，但当制件外形稍有调整时，便需要重新设计制造模具。而多点成形装置是用于钣金类器件曲面成形的加工设备，能够实现无模柔性加工，在船舶、汽车、飞机等工业领域有广泛的应用。
目前采用的多点对压成形技术，容易造成板材在拉伸方向产生沟槽，而压缩方向容易产生皱曲，同时也常会出现因压力过大导致多点装置发生偏移的现象，上述设计缺陷经常严重影响压制板材的成形质量，也限制了多点成形技术的应用。
上述缺陷的主要原因为压头的间距过大，而且压头之间的摩擦力不足，当板材受压成形时，上下对压的区域板材变形收到约束，而间隙区域未收到约束，同时由于压头之间的摩擦力不足，常导致压头发生相对滑移，进而加工出的曲面质量大打折扣。
发明内容
本发明的第一目的是针对上述现有技术问题，提供一种可以制备出高曲面质量和高表面质量的曲面多点成形加工装置。
本发明的第二目的是提供一种采用上述装置制备个性化曲面的实施方法。
为实现上述第一目的，本发明采用如下技术方案：
曲面多点成形加工装置，该装置由两个结构相同的上基本体群和下基本体群组合而成，所述上基本体群和下基本体群均包括中央基本单元柱体阵列，对称布置在中央基本单元柱体阵列周围的挤压板，分布于挤压板周围且带有螺纹孔的护板，通过护板上的螺纹孔与挤压板接触的加压杆栓，套于加压杆栓上并将加压杆栓固定于护板的锁紧螺母，连接在加压杆栓一端并可旋转加压杆栓的旋转柄。
进一步地，所述中央基本单元柱体阵列是由多个横截面为正六边形的柱体以每相邻两面相互平行、等距的方式均匀排列而成且每相邻两面的间距为0.5～1mm；所述柱体的两端为光滑的正六边形倒角结构且柱体的1/4段为正六边形截面结构，剩余的3/4段为表面分布有多条横行排列的锯齿样结构。
进一步地，所述挤压板为楔形结构，挤压板与中央基本单元柱体阵列的接触面分布有多条横行槽结构和≥二条的凸起竖条状结构；所述凸起竖条状结构的横截面为等腰梯形且凸起竖条状结构与中央基本单元柱体阵列柱体以相互抵接的方式配合。
进一步地，所述护板为由六块板壁组成的、截面为正六边形的连续板状结构；所述各板壁壁厚为加压杆栓直径的二倍且各板壁相互连接处采用平滑圆角过渡。
进一步地，所述护板的内部正中靠近中下1/3位置处有一个薄壁结构；所述薄壁结构正中有筛状多孔结构；所述筛状多孔结构的孔均为正六边形截面且与中央基本单元柱体阵列柱体中1/4段正六边形截面结构相互配合，可防止柱体旋转。
进一步地，所述护板上的螺纹孔位于护板各板壁的中心偏上1/3处且螺纹孔的孔径与加压杆栓的直径相同，螺纹孔的轴心与护板各板壁所在平面的夹角为65°。
进一步地，所述加压杆栓为由锤状结构端、螺纹中段、正六边形截面端组成的杆状结构且加压杆栓通过螺纹中段与护板上螺纹孔的螺纹相互啮合；所述锤状结构端与挤压板和加压杆栓接触面上的滑槽相配合。
进一步地，所述旋转柄为正六边形轮状结构且旋转柄与加压杆栓的正六边形截面端相配合。
实施上述曲面多点成形加工装置制备个性化曲面的方法，包括以下步骤：
1)使用mimics、geomagic和proe软件设计出所需要的板状曲面结构三维模型，并利用3D打印机加工出曲面原模，其中曲面原模的周围结构与上述曲面多点成形加工装置的护板板壁的内壁相匹配，以限制曲面原模移动；
2)将步骤1)中的曲面原模置于上述曲面多点成形加工装置的上基本体群的护板底部正中位置，让中央基本单元柱体阵列按重力方向与曲面自然接触，随后通过对称转动旋转柄来转动加压杆栓，从而推进与加压杆栓接触的挤压板，进而对中央基本单元柱体阵列形成挤压，中央基本单元柱体阵列受力后，中央基本单元柱体阵列柱体中3/4段锯齿样结构向中央靠近并通过表面的锯齿样结构相互咬合并锁紧，随后用加压杆栓上的锁紧螺母把加压杆栓锁紧并固定于护板，曲面原模的曲面被离散为中央基本单元柱体阵列；
3)将步骤1)中的曲面原模置于下基本体群的护板底部正中位置，随后按照步骤2)的实施方法将曲面原模的曲面离散为中央基本单元柱体阵列；
4)将需要加工的板状材料放置于步骤2)和步骤3)中上基本体群和下基本体群之间，利用步骤2)和步骤3)中完成的被离散为中央基本单元柱体阵列的曲面对材料进行挤压形变，得到所需要的个性化曲面。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过转动旋转柄来转动加压杆栓，推进与加压杆栓接触的挤压板，进而对中央基本单元柱体阵列形成挤压，各构架之间的无间隙配合，实现了对曲面原模的均匀挤压，从而可消除曲面的沟槽、皱曲缺陷。
2、本发明中央基本单元柱体阵列中各柱体通过其表面分布的锯齿状结构相互咬合，增强了具有压头作用的中央基本单元柱体阵列的稳定性，可进一步提高曲面质量。
3、本发明在护板的中央设置有防止各独立柱体旋转的筛状结构，可有效解决各柱体之间咬合不准确的问题。
4、本发明中护板以及配套的加压杆栓为六组，对比常规矩形护板的四组，可承受更大的载荷。
5、本发明中加压杆栓与护板成65°夹角，对比常规的90°连接方式，提高了结构强度。
6、本发明整个装置呈正六边形对称布置便于零件的加工制造。
附图说明
图1为本发明曲面多点成形加工装置的三维结构示意图；
图2为本发明曲面多点成形加工装置的正剖面示意图；
图3为本发明曲面多点成形加工装置下基本体群的三维结构示意图；
图4为本发明曲面多点成形加工装置中央基本单元柱体阵列的俯视示意图；
图5为本发明曲面多点成形加工装置中央基本单元柱体阵列的三维结构示意图；
图6为本发明曲面多点成形加工装置挤压板的三维结构示意图；
图7为本发明曲面多点成形加工装置挤压板中凸起竖条状结构的横截面示意图；
图8为本发明曲面多点成形加工装置护板的三维结构示意图；
图9为本发明曲面多点成形加工装置护板薄壁结构的三维结构示意图；
图10为本发明曲面多点成形加工装置加压杆栓的三维结构示意图；
图11为本发明曲面多点成形加工装置挤压板与加压杆栓接触面的三维结构示意图；
图12为本发明曲面多点成形加工装置旋转柄的三维结构示意图；
图中：上基本体群01、下基本体群02、中央基本单元柱体阵列1、挤压板2、护板3、加压杆栓4、锁紧螺母5、旋转柄6、柱体11、对称倒角结构111、锯齿样结构112、横行槽结构21、凸起竖条状结构22、滑槽23、板壁31、螺纹孔32、薄壁结构33、筛状多孔结构34、锤状结构端41、螺纹中段42、正六边形截面端43。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1～3所示，曲面多点成形加工装置，由两个结构相同的上基本体群01和下基本体群02组合而成，所述上基本体群01和下基本体群02均包括中央基本单元柱体阵列1，对称布置在中央基本单元柱体阵列1周围的挤压板2，分布于挤压板2周围且带有螺纹孔32的护板3，通过护板3上的螺纹孔32与挤压板2接触的加压杆栓4，套于加压杆栓4上并将加压杆栓4固定于护板3的锁紧螺母5，连接在加压杆栓4一端并可旋转加压杆栓4的旋转柄6。
如图4所示，所述中央基本单元柱体阵列1是由多个横截面为正六边形的柱体11以每相邻两面相互平行、等距的方式均匀排列而成且每相邻两面的间距为0.5～1mm；如图5所示，所述柱体11的两端为光滑的正六边形倒角结构且柱体11的1/4段为正六边形截面结构111，剩余的3/4段为表面分布有多条横行排列的锯齿样结构112。
如图6所示，所述挤压板2为楔形结构且挤压板2与中央基本单元柱体阵列1的接触面分布有多条横行槽结构21和≥二条的凸起竖条状结构22；如图7所示，所述凸起竖条状结构22的横截面为等腰梯形且凸起竖条状结构22与中央基本单元柱体阵列1柱体11以相互抵接的方式配合。
如图8所示，所述护板3为由六块板壁31组成的、截面为正六边形的连续板状结构；所述各板壁31壁厚为加压杆栓4直径的二倍且各板壁31相互连接处采用平滑圆角过渡。
如图9所示，所述护板3的内部正中靠近中下1/3位置处有一个薄壁结构33；所述薄壁结构33正中有筛状多孔结构34；所述筛状多孔结构34的孔均为正六边形截面且与中央基本单元柱体阵列1柱体11中1/4段正六边形截面结构111相互配合，可防止柱体旋转；
所述护板3上的螺纹孔32位于护板3各板壁31的中心偏上1/3处且螺纹孔32的孔径与加压杆栓4的直径相同，螺纹孔32的轴心与护板3各板壁31所在平面的夹角为65°。
如图10所示，所述加压杆栓4为由锤状结构端41、螺纹中段42、正六边形截面端43组成的杆状结构且加压杆栓4通过螺纹中段42与护板3上螺纹孔32的螺纹相互啮合；如图11所示，所述锤状结构端41与挤压板2和加压杆栓4接触面上的滑槽23相配合。
如图12所示，所述旋转柄6为正六边形轮状结构，且如图1～3所示，旋转柄6与加压杆栓4的正六边形截面端43相配合。
实施上述曲面多点成形加工装置制备个性化曲面的方法，包括以下步骤：
1)使用mimics、geomagic和proe软件设计出所需要的板状曲面结构三维模型，并利用3D打印机加工出曲面原模，其中曲面原模的周围结构与上述曲面多点成形加工装置的护板3板壁31的内壁相匹配，以限制曲面原模移动；
2)将步骤1)中的曲面原模置于上述曲面多点成形加工装置的上基本体群01的护板3底部正中位置，让中央基本单元柱体阵列1按重力方向与曲面自然接触，随后通过对称转动旋转柄6来转动加压杆栓4，从而推进与加压杆栓4接触的挤压板2，进而对中央基本单元柱体阵列1形成挤压，中央基本单元柱体阵列1受力后，中央基本单元柱体阵列1柱体11中3/4段锯齿样结构112向中央靠近并通过表面的锯齿样结构112相互咬合并锁紧，随后用加压杆栓4上的锁紧螺母5把加压杆栓4锁紧并固定于护板3，曲面原模的曲面被离散为中央基本单元柱体阵列1，其中锁紧螺母5为标准六角螺母且螺纹左旋；
3)将步骤1)中的曲面原模置于下基本体群02的护板3底部正中位置，随后按照步骤2)的实施方法将曲面原模的曲面离散为中央基本单元柱体阵列1；
4)将需要加工的板状材料放置于步骤2)和步骤3)中上基本体群01和下基本体群02之间，利用步骤2)和步骤3)中完成的被离散为中央基本单元柱体阵列1的曲面对材料进行挤压形变，得到所需要的个性化曲面。
Claims (9)
1.曲面多点成形加工装置，其特征在于：它由两个结构相同的上基本体群(01)和下基本体群(02)组合而成，所述上基本体群(01)和下基本体群(02)均包括中央基本单元柱体阵列(1)，对称布置在中央基本单元柱体阵列(1)周围的挤压板(2)，分布于挤压板(2)周围且带有螺纹孔(32)的护板(3)，通过护板(3)上的螺纹孔(32)与挤压板(2)接触的加压杆栓(4)，套于加压杆栓(4)上并将加压杆栓(4)固定于护板(3)的锁紧螺母(5)，连接在加压杆栓(4)一端并可旋转加压杆栓(4)的旋转柄(6)。
2.根据权利要求1所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述中央基本单元柱体阵列(1)是由多个横截面为正六边形的柱体(11)以每相邻两面相互平行、等距的方式均匀排列而成且每相邻两面的间距为0.5～1mm；所述柱体(11)的两端为光滑的正六边形倒角结构且柱体(11)的1/4段为正六边形截面结构(111)，剩余的3/4段为表面分布有多条横行排列的锯齿样结构(112)。
3.根据权利要求2所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述挤压板(2)为楔形结构且挤压板(2)与中央基本单元柱体阵列(1)的接触面分布有多条横行槽结构(21)和大于等于二条的凸起竖条状结构(22)；所述凸起竖条状结构(22)的横截面为等腰梯形且凸起竖条状结构(22)与中央基本单元柱体阵列(1)柱体(11)相互抵接。
4.根据权利要求3所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述护板(3)为由六块板壁(31)组成的、截面为正六边形的连续板状结构；所述各板壁(31)壁厚为加压杆栓(4)直径的二倍且各板壁(31)相互连接处采用平滑圆角过渡。
5.根据权利要求4所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述护板(3)的内部正中靠近中下1/3位置处有一个薄壁结构(33)；所述薄壁结构(33)正中有筛状多孔结构(34)；所述筛状多孔结构(34)的孔均为正六边形截面且与中央基本单元柱体阵列(1)柱体(11)中1/4段正六边形截面结构(111)相互配合。
6.根据权利要求1或5所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述护板(3)上的螺纹孔(32)位于护板(3)各板壁(31)的中心偏上1/3处且螺纹孔(32)的孔径与加压杆栓(4)的直径相同，螺纹孔(32)的轴心与护板(3)各板壁(31)所在平面的夹角为65°。
7.根据权利要求6所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述加压杆栓(4)为由锤状结构端(41)、螺纹中段(42)、正六边形截面端(43)组成的杆状结构且加压杆栓(4)通过螺纹中段(42)与护板(3)上螺纹孔(32)的螺纹相互啮合；所述锤状结构端(41)与挤压板(2)和加压杆栓(4)接触面上的滑槽(23)相配合。
8.根据权利要求7所述的曲面多点成形加工装置，其特征在于：所述旋转柄(6)为正六边形轮状结构且旋转柄(6)与加压杆栓(4)的正六边形截面端(43)相配合。
9.实施权利要求1至8中任一权利要求所述的曲面多点成形加工装置制备个性化曲面的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)使用mimics、geomagic和proe软件设计出所需要的板状曲面结构三维模型，并利用3D打印机加工出曲面原模，其中曲面原模的周围结构与上述曲面多点成形加工装置的护板(3)板壁(31)的内壁相匹配，以限制曲面原模移动；
2)将步骤1)中的曲面原模置于上述曲面多点成形加工装置的上基本体群(01)的护板(3)底部正中位置，让中央基本单元柱体阵列(1)按重力方向与曲面自然接触，随后通过对称转动旋转柄(6)来转动加压杆栓(4)，从而推进与加压杆栓(4)接触的挤压板(2)，进而对中央基本单元柱体阵列(1)形成挤压，中央基本单元柱体阵列(1)受力后，中央基本单元柱体阵列(1)柱体(11)中3/4段锯齿样结构(112)向中央靠近并通过表面的锯齿样结构(112)相互咬合并锁紧，随后用加压杆栓(4)上的锁紧螺母(5)把加压杆栓(4)锁紧并固定于护板(3)，曲面原模的曲面被离散为中央基本单元柱体阵列(1)；
3)将步骤1)中的曲面原模置于下基本体群(02)的护板(3)底部正中位置，随后按照步骤2)的实施方法将曲面原模的曲面离散为中央基本单元柱体阵列(1)；
4)将需要加工的板状材料放置于步骤2)和步骤3)中上基本体群(01)和下基本体群(02)之间，利用步骤2)和步骤3)中完成的被离散为中央基本单元柱体阵列(1)的曲面对材料进行挤压形变，得到所需要的个性化曲面。
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