CN108311578B - 一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置。每个成形单元由两端机架、盘式制动装置、同步垂直举升装置、旋转调形装置、工作台、模具组件、液压执行机构、传感器组成。本发明采用拉弯与压弯相结合的方法，垂直方向上利用夹钳带动型材与模具合模，在成形后的弯曲面上，利用单元体端部安装的液压油缸驱动活塞杆，在垂直弯曲后的曲面上使型材压弯成形，解决了类似“S”形、“W”形一类型材传统三维拉弯无法实现的复杂弯曲成形的技术问题；通过自动化的调形技术，降低了人工强度，提高了生产效率和成形精度，消除回弹变形不确定性对成形精度的影响；并实现了同种截面不同目标形状一类型材构件的二维或三维弯曲成形，降低了模具制造成本。

Description

一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种型材三维拉弯成形设备，属于机械工程领域，可广泛应用于航空航天、轨道客车、汽车等车身三维骨架结构件的生产。

背景技术

金属型材三维拉弯结构件具有自重轻、用料省、结构强度高、空气动力学性能好、几何造型流畅等结构特点，越来越多的应用于飞机、高速列车和汽车等高端行走机械设备的制造当中，可有效提高载运工具的安全性、操控性和燃油经济性，是一种先进的轻量化结构。随着现代工业的不断发展，载运工具的外形设计趋向于流线型复杂化，制造业对型材三维拉弯结构件的需求也日益加剧，然而，由于型材三维拉弯成形的复杂性和成形件形状难于控制，现有金属型材的三维拉弯成形加工工艺已无法满足其快速发展成形需求。

金属型材的三维拉弯是指型材沿其轴线方向拉伸变形，并在与其轴向截面相正交垂直的两个平面上有弯曲变形的型材成形工艺过程。现有三维拉弯工艺一般采用整体模具或多点模具，成形前需对模具形状进行人工调形；成形过程中一般采用两端夹钳作为唯一动力输出源，通过夹钳带动型材与模具合模成形，仅能在一个曲率半径弯曲方向上弯曲成形；成形后还需针对回弹问题进行人工矫形和模具调整。存在劳动强度大、自动化程度低、周期长、成形精度差等问题，且无法实现任一平面上的多向曲率半径的复杂弯曲成形，如S形、W形状弯曲。

为此，本发明采用拉弯与压弯相结合的方法，实现了一种新型、柔性、高精度、自动化的金属型材三维拉弯成形装置及工艺方法，解决了现有技术的不足，具有广阔的应用前景和潜在的市场价值。

发明内容

鉴于型材三维拉弯成形生产现状，本发明提供了一种拉弯-压弯结合的型材柔性三维拉弯成形装置及工艺方法。设计了自动化调形机构，成形前，多点模具可在单元体上自动调形构成目标零件垂直方向上的包络面，克服了人工调形效率低、精度差、劳动强度大的不足，实现了多点三维拉弯模具的位置和旋转角度的自动化调形和精确控制。采用拉弯与压弯相结合的方法，垂直方向上利用夹钳带动型材与模具合模，在成形后的弯曲面上，利用单元体端部安装的液压油缸驱动活塞杆，在垂直弯曲后的曲面上使型材压弯成形，该方法解决了“S”形、“W”形一类型材传统三维拉弯无法实现的多向曲率半径复杂弯曲成形的技术难题；根据测量成形件在水平面和垂直平面的回弹误差，对多点模具构成的包络面进行自动化调形补偿，使成形零件整体成形精度达到加工要求水平；对于同种截面不同目标形状型材的三维弯曲成形，可通过自动化调整多点模具调形位置及角度，以及控制各单元体活塞杆推出位移实现。

由上所述，本发明解决的传统拉弯工艺难以解决的问题如下：

（1）实现了多点模具的自动化调形，降低了人工强度，提高了生产效率和成形精度；

（2）解决了类似“S”形、“W”形一类型材传统三维拉弯无法实现的复杂弯曲成形的技术问题；

（3）通过自动化的调形技术，消除回弹变形不确定性对成形精度的影响；

（4）实现了同种截面不同目标形状一类型材构件的二维或三维弯曲成形，降低了模具制造成本。

附图说明

图1：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置示意图。

图2：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置成形单元视图。

图3：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置举升装置视图。

图4：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置工作状态主视图。

图5：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置工作状态俯视图1。

图6：一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置工作状态俯视图2。

具体实施方式

具体实施方式一：结合附图与实施例对本实施方式进行说明。

一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置，本设备由若干排列规则且相同的成形单元构成，如图2所示，每个成形单元由两端机架（01）、两个盘式制动装置（02）两个同步垂直举升装置（03）、旋转调形装置（04）、工作台（05）、模具组件（06）、液压执行机构（07）、传感器（08）组成；垂直举升装置（03）安装在机架（01）上；旋转调形装置（04）安装在一端的垂直举升装置（03）上；工作台（05）安装在旋转调形装置（04）上；模具组件（06）、液压执行机构（07）和传感器（08）安装在工作台（05）上；夹钳（09）放置于若干单元体的两侧，夹紧型材（10）。

盘式制动装置（02）结构为：制动盘（02-02）与制动片（02-01）同轴安装于工作台柱（05-02）内，在调形结束后，所有成形单元中的制动盘（02-02）同步夹紧制动片（02-01），使工作台（05）处于指定位置。

如图3所示，垂直举升装置（03）结构为：下支撑板（03-02）安装在机架（01）上，减速电机（03-01）安装在下支撑板（03-02）上，丝杠（03-06）与减速电机（03-01）通过联轴器（03-05）连接，套筒（03-07）安装在丝杠（03-06）上，导向轴（03-03）通过直线轴承（03-08）安装在下支撑板（03-02）上；上支撑板（03-04）与下支撑板（03-02）通过导向轴（03-03）连接；支撑座（03-09）安装于上支撑板（03-04）上；连接板（03-10）固定在上支撑板（03-04）上，与工作台柱（05-02）通过销轴（03-11）连接；工作台两端同步垂直举升装置同步运行，实现多点模具（06-01）在垂直方向上的移动。

旋转调形装置（04）结构为：电机支架（04-01）安装于上支撑板（03-04），减速器（04-04）安装在电机支架（04-01）上，旋转电机（04-02）安装在减速器（04-04）上，齿轮（04-03）安装在旋转电机（04-02）的输出轴上。

工作台（05）结构为：工作台柱（05-02）固定在工作台板（05-01）上，工作台柱（05-02）内侧的轮齿与齿轮（04-03）相啮合；工作台柱（05-02）与支撑座（03-01）以线面副的形式连接。通过旋转电机（04-02）带动工作台绕销轴（03-11）旋转，实现多点模具（06-01）在垂直方向的旋转运动。

模具组件（06）结构为：线性导轨（06-04）固定在工作台板（05-01）上，模具底板（06-03）安装于线性导轨（06-04）上，多点模具（06-01）通过定位销（06-02）安装在模具底板（06-03）上，实现多点模具（06-01）的水平方向上旋转运动。

液压执行机构（07）结构为：油缸支撑板（07-02）安装于工作台板（05-01）两端，可根据实际情况调整液压执行机构使用数量，即单侧安装或双侧安装；液压油缸（07-01）安装在油缸支撑板（07-02）上；通过控制活塞杆（07-03）伸出长度，实现多点模具（06-01）在水平方向上的移动控制。

在加工工件时，可根据实际情况相应增加或减少成形单元数目。

实施例一，矩形截面铝型材“C”形件三维拉弯成形：

第一步，目标零件在水平面和垂直平面上投影为一段圆弧，根据目标三维拉弯成形零件图纸确定使用单元体数目为6个；

第二步，确定编号1-6调形单元调形参数，包括：垂直方向上调形高度、工作台旋转角度、及液压执行机构活塞杆伸出长度；

第三步，零件材料为铝型材，确认工艺参数及预拉伸量，根据调形参数对个成形单元垂直高度及旋转角度进行自动化调形，调形至指定位置后，盘式制动装置将各成形单元锁止；

第四步，成形前将多点模具开口槽调整至同一水平面内；

第五步，将型材安装在两端夹钳上，并利用夹钳带动型材进行轴向拉伸直至型材屈服点附近，拉伸停止；

第六步，利用夹钳带动型材，首先在垂直平面内进行弯曲，使型材进入多点模具开口槽中，并贴合，即在垂直平面实现圆弧形状弯曲成形，如图4所示；

第七步，如图5所示，利用各成形单元上的液压执行机构，使活塞杆推动模具底板在工作台面上移动，型材始终保持在多点模具开口槽中，并绕多点模具销轴旋转，当全部活塞杆运动至指定位置时，使工件在水平方向上呈现“C”形，至此成形过程结束；

第八步，卸载拉力和压力，夹钳松开型材，将型材取下，并对尺寸和回弹进行测量；

第九步，将加工后的型材与目标型材进行比较，若满足精度要求，加工结束，若不满足精度要求，计算其偏差，重复步骤二到八，直至获得合格成形件；

第十步，对该件进行批量生产。

实施例二，矩形截面铝型材“S”形件三维拉弯成形：

第一步，目标零件在水平面投影为一段“S”形曲线，垂直平面上投影为一段圆弧，根据目标三维拉弯成形零件图纸确定使用单元体数目为6；

第二步，确定编号1-6调形单元调形参数，包括：垂直方向上调形高度、工作台旋转角度、及液压执行机构活塞杆伸出长度；

第三步，零件材料为铝型材，确认工艺参数及预拉伸量，根据调形参数对个成形单元垂直高度及旋转角度进行自动化调形，调形至指定位置后，盘式制动装置将各成形单元锁止；

第四步，成形前将多点模具开口槽调整至同一水平面内；

第五步，将型材安装在两端夹钳上，并利用夹钳带动型材进行轴向拉伸直至型材屈服点附近，拉伸停止；

第六步，利用夹钳带动型材，首先在垂直平面内进行弯曲，使型材进入多点模具开口槽中，并贴合，即在垂直平面实现圆弧形状弯曲成形，如图4所示；；

第七步，如图6所示，利用各成形单元上的液压执行机构，使活塞杆推动模具底板在工作台面上移动，型材始终保持在多点模具开口槽中，并绕多点模具销轴旋转，当全部活塞杆运动至指定位置时，使工件在水平方向上呈现“S”形，至此成形过程结束；

第八步，卸载拉力和压力，夹钳松开型材，将型材取下，并对尺寸和回弹进行测量；

第九步，将加工后的型材与目标型材进行比较，若满足精度要求，加工结束，若不满足精度要求，计算其偏差，重复步骤二到八，直至获得合格成形件；

第十步，对该件进行批量生产。

Claims (3)

1.一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置，本设备由若干排列规则且相同的成形单元构成，每个成形单元由两端机架（01）、两个盘式制动装置（02）、两个垂直举升装置（03）、旋转调形装置（04）、工作台（05）、模具组件（06）、液压执行机构（07）、传感器（08）组成；垂直举升装置（03）安装在机架（01）上；旋转调形装置（04）安装在一端的垂直举升装置（03）上；工作台（05）安装在旋转调形装置（04）上；模具组件（06）、液压执行机构（07）和传感器（08）安装在工作台（05）上；夹钳（09）放置于若干单元体的两侧，夹紧型材（10）；

盘式制动装置（02）结构为：制动盘（02-02）与制动片（02-01）同轴安装于工作台柱（05-02）内，在调形结束后，所有成形单元中的制动盘（02-02）同步夹紧制动片（02-01），锁定工作台（05）处于指定位置；

垂直举升装置（03）结构为：下支撑板（03-02）安装在机架（01）上，减速电机（03-01）安装在下支撑板（03-02）上，丝杠（03-06）与减速电机（03-01）通过联轴器（03-05）连接，套筒（03-07）安装在丝杠（03-06）上，导向轴（03-03）通过直线轴承（03-08）安装在下支撑板（03-02）上；上支撑板（03-04）与下支撑板（03-02）通过导向轴（03-03）连接；支撑座（03-09）安装于上支撑板（03-04）上；连接板（03-10）固定在上支撑板（03-04）上，与工作台柱（05-02）通过销轴（03-11）连接；工作台两端垂直举升装置同步运行，实现多点模具（06-01）在垂直方向上的移动；

旋转调形装置（04）结构为：电机支架（04-01）安装于上支撑板（03-04），减速器（04-04）安装在电机支架（04-01）上，旋转电机（04-02）安装在减速器（04-04）上，齿轮（04-03）安装在旋转电机（04-02）的输出轴上；

工作台（05）结构为：工作台柱（05-02）固定在工作台板（05-01）上，工作台柱（05-02）内侧的轮齿与齿轮（04-03）相啮合；工作台柱（05-02）与支撑座（03-09）以线面副的形式连接；通过旋转电机（04-02）带动工作台绕销轴（03-11）旋转，实现多点模具（06-01）在垂直方向的旋转运动；模具组件（06）结构为：线性导轨（06-04）固定在工作台板（05-01）上，模具底板（06-03）安装于线性导轨（06-04）上，多点模具（06-01）通过定位销（06-02）安装在模具底板（06-03）上，实现多点模具（06-01）的水平方向上旋转运动；液压执行机构（07）结构为：油缸支撑板（07-02）安装于工作台板（05-01）两端，可根据实际情况调整液压执行机构使用数量，即单侧安装或双侧安装；液压油缸（07-01）安装在油缸支撑板（07-02）上；通过控制活塞杆（07-03）伸出长度，实现多点模具（06-01）在水平方向上的移动控制。

2.根据权利要求1所述的一种拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置，其特征是，在加工工件时，可根据实际情况相应增加或减少成形单元数目。

3.一种基于权利要求1所述的拉压结合式型材柔性三维拉弯成形装置的拉压结合式型材柔性三维拉弯成形工艺，其特征是，

第一步，根据目标三维拉弯成形零件图纸确定使用单元体数目；

第二步，确定各调形单元调形参数，包括：垂直方向上调形高度、工作台旋转角度、及液压执行机构活塞杆伸出长度；

第三步，确认工艺参数及预拉伸量，根据调形参数对模具进行自动化调形，并锁定指定位置；

第四步，成形前将多点模具开口槽调整至同一水平面内；

第五步，将型材安装在两端夹钳上，并利用夹钳带动型材进行轴向拉伸直至型材屈服点，拉伸停止；

第六步，利用夹钳带动型材，首先在垂直平面内进行弯曲，使型材进入多点模具开口槽中，并贴合；

第七步，利用各成形单元上的液压执行机构，使活塞杆推动模具底板在工作台面上移动，型材始终保持在多点模具开口槽中，并绕多点模具销轴旋转，当全部活塞杆运动至指定位置时，实现水平面上的压弯成形，至此成形过程结束；

第八步，卸载拉力和压力，夹钳松开型材，将型材取下，并对尺寸和回弹进行测量；

第九步，将加工后的型材与目标型材进行比较，若满足精度要求，加工结束，若不满足精度要求，计算其偏差，重复步骤二到八，直至获得合格工件；

第十步，对工件进行批量生产。