CN108273902B - 金属板料局部特征成形方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属板料局部特征成形装置，包含驱动机构、成形机构以及支撑组件，驱动机构、成形机构安装在支撑组件上；成形机构包含渐进压模与导向组件，渐进压模滑动连接在所述导向组件上，驱动机构与渐进压模相连，驱动机构能够带动渐进压模相对导向组件运动；所述渐进压模在上下方向上形成上模与下模，上模与下模之间形成夹料空间，导向组件上设置有斜向导向面，上模和/或下模沿所述斜向导向面运动使得上模与下模在上下方向上能够相对运动。本发明还提供了一种使用上述金属板料局部特征成形装置的成形方法。相比于冲压成形，本发明采用渐进成形，通过增力效果后小的横向牵引力变为大的成形压力，成形后的零件弹性回复小，残余应力小。

Description

金属板料局部特征成形方法与装置

技术领域

本发明涉及板材成形领域，具体地，涉及一种金属板料局部特征成形方法与装置。

背景技术

金属板材零件在航空航天、船舶汽车以及轨道交通等领域有着广泛的应用。随着技术的不断进步，对金属板材零件的功能性、整体性的要求也越来越高，于是产生了在零件上成形局部特征这一生产需求。对于金属板材零件成形局部特征的方法通常难以兼顾经济性与高效性，尤其是对待成形特征存在微小尺寸要求时。因此，开发一种经济高效的金属板材零件局部特征成形方法是有重大实际生产价值的。

为了成形局部特征，专利文献CN102873165A提出了一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，该装置的问题主要存在两个方面，一方面，该工艺是通过瞬间释放冲击源高能量产生的骤增压力以冲击波的形式成形局部特征，所成形的零件易出现明显的弹性回复和较大的残余应力；另一方面，由于冲击液体的压力相当大，容易在零件表面形成缺陷。此外，一些其他局部特征的成形工艺也被相继提出，其中就包括渐进成形方法。

渐进成形方法是将瞬时的、剧烈的变形过程转变为逐次成形或者逐渐成形。传统的渐进成形是将复杂的三维特征沿高度方向离散成断面层，即分解成一系列等高线层，工具头沿各等高线层对特征逐次成形，如专利文献CN102847772B提出的基于零件形状特征的板料渐进成形方法等。这类方法大都局限于逐层成形或逐次成形，由于连续多次的碾压变形过程常出现对无效成形路径的重复，所以这类方法均存在效率低下这一重要弊端。然而，对在局部特征方向上逐渐成形，避开做无用功的方法和成形设备的研究则很少。

除实现金属板材零件的局部特征基本成形要求外，探索如何提高成形方法及装置的经济性也具有深远意义。实际生产中，由于市场上缺少针对局部特征成形的装置，由大吨位压机冲压成形局部特征是应用较为广泛的一种方案。但这一方案无疑存在以下两个主要问题：一、经济性低下，大吨位压机通常价格高昂，且由于不是专门成形局部特征，设备一般同时承担其它生产任务，将之用于金属板材零件局部特征的特诊可能会延误其它工作；二、成形效果差，由于成形压力巨大且通常不可调节，采用大吨位压机加工的零件容易出现成形精度低、残余应力大等问题。

综上所述，亟待开发一种经济高效的金属板材零件局部特征成形方法及装置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种金属板料局部特征成形方法与装置。

根据本发明提供的金属板料局部特征成形装置，包含驱动机构、成形机构以及支撑组件，驱动机构、成形机构安装在支撑组件上；

所述成形机构包含渐进压模与导向组件，渐进压模滑动连接在所述导向组件上，驱动机构与渐进压模相连，驱动机构能够带动渐进压模相对导向组件运动；

所述渐进压模在上下方向上形成上模与下模，上模与下模之间形成夹料空间，导向组件上设置有斜向导向面，上模和/或下模沿所述斜向导向面运动使得上模与下模在上下方向上能够相对运动。

优选地，所述渐进压模包含模具块与模具安装板，一个或多个所述模具块安装在模具安装板上；

所述上模包含上模具块与上模具安装板，所述下模包含下模具块与下模具安装板。

优选地，所述模具安装板沿厚度方向的两端分别形成模具块安装端与第二导轨接触端；

所述第二导轨接触端的端面上设置有第二导向槽，第二导向槽的槽底面形成第二斜向导向面。

优选地，所述导向组件包含直线导轨与直线导轨安装板；直线导轨与直线导轨安装板紧固连接；

直线导轨安装板沿厚度方向的两端分别形成第一导轨接触端与结构安装端；第一导轨接触端上设置有第一导向槽，第一导向槽的槽底面形成第一斜向导向面；

直线导轨安装在第一斜向导向面与第二斜向导向面这两个斜向导向面之间。

优选地，所述支撑组件包含顶部顶板、底部基板以及支撑杆，顶部顶板与底部基板通过支撑杆相连；

所述直线导轨包含上直线导轨与下直线导轨，所述直线导轨安装板包含上直线导轨安装板与下直线导轨安装板；

上直线导轨安装板、下直线导轨安装板分别紧固安装在顶部顶板、底部基板上。

优选地，还包含连接机构，驱动机构与渐进压模通过连接机构相连；

所述连接结构包含连接块、拉杆、横向定位螺母以及连接块固定螺母；驱动机构包含驱动杆；

驱动杆贯穿连接块设置，横向定位螺母与连接块固定螺母分别位于连接块沿厚度方向的两端将连接块紧固安装在驱动杆上；

驱动杆沿轴向的两端分别与连接块、渐进压模相连。

优选地，所述支撑组件包含安装支撑板、驱动机构安装板以及底部基板；

驱动机构、安装支撑板、驱动机构安装板、底部基板依次连接。

优选地，所述驱动机构提供横向牵引力。

本发明还提供了一种使用上述的金属板料局部特征成形装置的成形方法，包含以下步骤：

模具设计步骤：根据待成形局部特征确定上模与下模为单一模具块或配合模具组，分别对上模与下模进行模面设计和加工制造，模具上设置与模具安装板对应的装配特征；

驱动机构选择步骤：根据成本预算、实际工况、牵引力需求确定驱动机构；

斜度确定步骤：确定合适的放大倍数，进而求解出模具安装板与直线导轨安装板上斜向导向面的斜度；

设备装配步骤：对驱动机构与成形机构进行装配；

板材零件安装步骤：将待加工的板材零件安装在夹料空间中合适的位置上；

局部特征成形步骤：控制驱动机构提供横向牵引力，上模与下模在拉力的作用下斜向运动并啮合，在金属板材零件待成形区域产生压力，对局部特征进行渐进成形。

优选地，在斜度确定步骤中，放大倍数通过以下公式确定：

式中：k为成形压力相比于横向牵引力的放大倍数；β为斜向导向面的倾斜角度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、相比于冲压成形，本发明采用渐进成形，成形后的零件弹性回复小，残余应力小。

2、本发明通过几何原理，能够将小的横向牵引力变为大的成形压力，具有大幅增力效果。

3、本发明构造简单，成本低廉，使用方便。

4、本发明具有较高的灵活性，整体尺寸、安装布置、具体零部件均可根据实际应用情况进行调整。

5、本发明可与各种前期工艺衔接，也可以嵌入流水线中作为中间工艺步。

6、本发明可以结合实际需求加工金属板材零件的各种局部特征，成形效果非常理想，可在成形领域广泛推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的金属板料局部特征成形装置的结构示意图；

图2为本发明提供的金属板料局部特征成形装置的主视图；

图3为本发明中直线导轨安装板的俯视图；

图4为直线导轨安装板的俯视图的A-A截面示意图；

图5为本发明中模具安装板的俯视图；

图6为本发明中模具安装板的侧视图；

图7为模具安装板的俯视图的B-B截面示意图；

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明提供的金属板料局部特征成形装置包含驱动机构1、成形机构以及支撑组件，驱动机构1、成形机构安装在支撑组件上。所述成形机构包含渐进压模与导向组件，渐进压模滑动连接在所述导向组件上，驱动机构1与渐进压模相连，驱动机构1能够带动渐进压模相对导向组件运动，所述渐进压模在上下方向上形成上模与下模，上模与下模之间形成夹料空间，导向组件上设置有斜向导向面，上模和/或下模沿所述斜向导向面运动使得上模与下模在上下方向上能够相对运动。

渐进压模包含模具块与模具安装板，一个或多个所述模具块安装在模具安装板上，所述上模包含上模具块与上模具安装板10，所述下模包含下模具块与下模具安装板17。如图5至图7所示，所述模具安装板沿厚度方向的两端分别形成模具块安装端与第二导轨接触端，所述第二导轨接触端的端面上设置有第二导向槽，第二导向槽的槽底面形成第二斜向导向面23。实施例中，设置有上模具安装板10、下模具安装板17上分别设置有两个上模具块、两个下模具块。所述导向组件包含直线导轨与直线导轨安装板，直线导轨与直线导轨安装板紧固连接。如图3、图4所示，直线导轨安装板沿厚度方向的两端分别形成第一导轨接触端与结构安装端，第一导轨接触端上设置有第一导向槽，第一导向槽的槽底面形成第一斜向导向面22，直线导轨滑动安装在第一斜向导向面22与第二斜向导向面23这两个斜向导向面之间。如图7所示，所述模具块安装端横截面为C形，也就是或，模具块安装端端面上设置有一沿长度方向延伸的安装槽，该安装槽的槽底面是水平方向延伸的，便于模具块沿槽底面滑动；另外，第一斜向导向面22与第二斜向导向面23的倾斜角度应一致，装配时两个面应保持平行，这样才能使得使用过程后，模具块上的安装槽的槽底面始终保持水平。实施例中，所述直线导轨包含上直线导轨20与下直线导轨21，所述直线导轨安装板包含上直线导轨安装板8与下直线导轨安装板18，成形机构在受到驱动机构1拉动时，两个斜向导向面同时在上下两个方向上引导对板材零件进行加工，当然，所述斜向导向面也可以只存在于上端或下端，但是容易出现对板料零件加工施力部均匀的现象。优选地，所述驱动机构为具有横向牵引功能的主动机构，例如以下任一种或任多种结构：液压缸；气缸；丝杠结构。

支撑组件包含顶部顶板11、底部基板19、支撑杆12、安装支撑板2以及驱动机构1安装板。顶部顶板11与底部基板19通过支撑杆12相连，上直线导轨安装板8、下直线导轨安装板18分别紧固安装在顶部顶板11、底部基板19上；驱动机构1、安装支撑板2、驱动机构1安装板、底部基板19依次连接。另外，实施例中，驱动机构1与渐进压模通过连接机构相连，所述连接结构包含连接块4、拉杆6、横向定位螺母5以及连接块4固定螺母；驱动机构1包含驱动杆，驱动杆贯穿连接块4设置，横向定位螺母5与连接块4固定螺母分别位于连接块4沿厚度方向的两端将连接块4紧固安装在驱动杆上，驱动杆沿轴向的两端分别与连接块4、渐进压模相连。如图1所示，从连接块4的上下两端均引出拉杆6，上下拉杆6分别与上模、下模连接，上下拉杆6应该通过几何尺寸约束始终保持对称。优选地，牵引模具运动的拉杆6不宜过长，所述拉杆6和驱动机构1的连接块4不宜过短，以此保证在成形过程中模具受到的拉力方向与直线导轨方向的夹角始终较小。优选地，拉杆6沿轴向的两端分别与连接块4、渐进压模铰接，避免因制造安装误差导致无法直线拉动渐进压模的情况出现。

本发明还提供了一种使用上述的金属板料局部特征成形装置的成形方法，包含以下步骤：模具设计步骤：根据待成形局部特征确定上模与下模为单一模具块或配合模具组，分别对上模与下模进行模面设计和加工制造，模具上设置与模具安装板对应的装配特征；驱动机构1选择步骤：根据成本预算、实际工况、牵引力需求确定驱动机构1；斜度确定步骤：确定合适的放大倍数，进而求解出模具安装板与直线导轨安装板上斜向导向面的斜度；设备装配步骤：对驱动机构1与成形机构进行装配；板材零件安装步骤：将待加工的板材零件安装在夹料空间中合适的位置上；局部特征成形步骤：控制驱动机构1提供横向牵引力，上模与下模在拉力的作用下斜向运动并啮合，在金属板材零件待成形区域产生压力，对局部特征进行渐进成形。

在斜度确定步骤中，放大倍数通过以下公式确定：

式中：k为成形压力相比于横向牵引力的放大倍数；β为斜向导向面的倾斜角度。由于上下直线导轨21在三维空间中呈收口楔形布置，通过几何关系可对驱动机构1提供的横向牵引力根据具体的斜度数以十倍放大为成形压力。实际操作中，直线导轨的安装斜度通常表示为1:x的形式，其中x＞1，上式中另外，成形装置中使用的零部件可根据实际应用情况进行选择及更换，直线导轨的安装斜度也可以自主设置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种金属板料局部特征成形装置，其特征在于，包含驱动机构(1)、成形机构以及支撑组件，驱动机构(1)、成形机构安装在支撑组件上；

所述成形机构包含渐进压模与导向组件，渐进压模滑动连接在所述导向组件上，驱动机构(1)与渐进压模相连，驱动机构(1)能够带动渐进压模相对导向组件运动；

所述渐进压模在上下方向上形成上模与下模，上模与下模之间形成夹料空间，导向组件上设置有斜向导向面，上模和/或下模沿所述斜向导向面运动使得上模与下模在上下方向上能够相对运动；

还包含连接结构，驱动机构(1)与渐进压模通过连接结构相连；

所述连接结构包含连接块(4)、拉杆(6)、横向定位螺母(5)以及连接块(4)固定螺母；驱动机构(1)包含驱动杆；

驱动杆贯穿连接块(4)设置，横向定位螺母(5)与连接块(4)固定螺母分别位于连接块(4)沿厚度方向的两端将连接块(4)紧固安装在驱动杆上；

驱动杆沿轴向的两端分别与连接块(4)、渐进压模相连。

2.根据权利要求1所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述渐进压模包含模具块与模具安装板，一个或多个所述模具块安装在模具安装板上；

所述上模包含上模具块与上模具安装板(10)，所述下模包含下模具块与下模具安装板(17)。

3.根据权利要求2所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述模具安装板沿厚度方向的两端分别形成模具块安装端与第二导轨接触端；

所述第二导轨接触端的端面上设置有第二导向槽，第二导向槽的槽底面形成第二斜向导向面(23)。

4.根据权利要求3所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述导向组件包含直线导轨与直线导轨安装板；直线导轨与直线导轨安装板紧固连接；

直线导轨安装板沿厚度方向的两端分别形成第一导轨接触端与结构安装端；第一导轨接触端上设置有第一导向槽，第一导向槽的槽底面形成第一斜向导向面(22)；

直线导轨安装在第一斜向导向面(22)与第二斜向导向面(23)这两个斜向导向面之间。

5.根据权利要求4所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述支撑组件包含顶部顶板(11)、底部基板(19)以及支撑杆(12)，顶部顶板(11)与底部基板(19)通过支撑杆(12)相连；

所述直线导轨包含上直线导轨(20)与下直线导轨(21)，所述直线导轨安装板包含上直线导轨安装板(8)与下直线导轨(21)安装板；

上直线导轨安装板(8)、下直线导轨(21)安装板分别紧固安装在顶部顶板(11)、底部基板(19)上。

6.根据权利要求1所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述支撑组件包含安装支撑板(2)、驱动机构(1)安装板以及底部基板(19)；

驱动机构(1)、安装支撑板(2)、驱动机构(1)安装板、底部基板(19)依次连接。

7.根据权利要求1所述的金属板料局部特征成形装置，其特征在于，所述驱动机构(1)提供横向牵引力。

8.一种使用权利1至7中任一项所述的金属板料局部特征成形装置的成形方法，其特征在于，包含以下步骤：

模具设计步骤：根据待成形局部特征确定上模与下模为单一模具块或配合模具组，分别对上模与下模进行模面设计和加工制造，模具上设置与模具安装板对应的装配特征；

驱动机构(1)选择步骤：根据成本预算、实际工况、牵引力需求确定驱动机构(1)；

斜度确定步骤：确定合适的放大倍数，进而求解出模具安装板与直线导轨安装板上斜向导向面的斜度；

设备装配步骤：对驱动机构(1)与成形机构进行装配；

板材零件安装步骤：将待加工的板材零件安装在夹料空间中合适的位置上；

局部特征成形步骤：控制驱动机构(1)提供横向牵引力，上模与下模在拉力的作用下斜向运动并啮合，在金属板材零件待成形区域产生压力，对局部特征进行渐进成形。

9.根据权利要求8所述的成形方法，其特征在于，在斜度确定步骤中，放大倍数通过以下公式确定：

式中：k为成形压力相比于横向牵引力的放大倍数；β为斜向导向面的倾斜角度。