CN108339886A - 一种基于渐进成形机床的液压夹具及其板料成形补料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，包括支撑台、上托板、下托板、上压板、下压板、液压装置、导柱、导套，四个导柱下端和上端分别冷压入支撑台和上托板中，下托板设置在支撑台与上托板之间，并通过导柱和导套进行装配，上压板与下压板分别安装于上托板下框和下托板上框处，液压装置设置在下托板与支撑台之间，液压装置的两端分别与支撑台和下托板通过紧固件相连;本发明压板四个侧边的压边力相互独立，可同时控制也可分开控制以及加工过程中压边力可随时间的变化而化，通过减少压边力使板料的流动性增强，加工时便于补料，防止加工过程中板料的破裂，可明显提升板料成形性能。

Description

一种基于渐进成形机床的液压夹具及其板料成形补料方法

技术领域

本发明属于板料渐进成形加工技术领域，具体涉及一种基于渐进成形机床的液压夹具及其板料成形补料方法。

背景技术

金属板材成形在制造业中有着广泛的应用，传统的工艺如板料冲压是一种材料利用率高、生产率高的制造技术，但是生产周期长,费用高，难以适应小批量多品种生产和样品试制的需要。随着汽车制造业以及航空航天等领域的不断发展，越来越多冲压件具有品种多数量少的特点。这些零件采用传统模具冲压很不经济。在社会需求的驱动下和计算机数字化制造技术的支撑下，数控渐进成形技术(Incremental Sheet Forming，简称ISF)应运而生。

金属板材渐进成形是引入快速原型制造技术(rapid prototyping)的分层制造(1ayered manufacturing)的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向离散成许多断面层(即分解成一系列等高线层)，并生成各等高线层面上的加工轨迹，成形工具在计算机控制下沿该等高线层面上的加工轨迹在二维层面上进行塑性加工，使板材沿成形工具轨迹包络面逐次变形，即以工具头的运动所形成的包络面来代替模具的型面，以对板材进行逐次局部变形代替整体成形，最终将板材成形为所需的工件，从而实现了金属板料的数字化制造的一种柔性无模成形技术。

金属板料渐进成形过程是对板料进行渐进变薄拉延的过程，零件成形区域的材料在成形工具头作用下沿工件轴向作剪切流动，材料厚度会减薄，研究认为渐进成形主要为剪切变形。如图一所示，原始板料的ABCD区域在工具头作用下剪切变形为加工件的A₁B₁C₁D₁区域，由于渐进成形是剪切变形，所以变形区各位置在竖直Z方向的厚度δ₀并没有发生厚度变化，而加工件变形区域的板材截面垂直厚度的变化遵循余弦规律由δ₀变成为δ，即：δ＝δ₀cosθ式中，θ为成形角，即该位置的法向矢量与Z轴夹角；δ₀为板材原始厚度，当成形角较大时，板料厚度减薄过大就会发生制件的破裂。

经过对现有渐进成形技术及装置的检索发现，渐进成形的发展一直受到成形极限角的制约，对于成形角较大的零件很难进行加工，缺少一种在加工过程中对板料进行补料的方法，此外，目前渐进成形机床的夹具还处于手动装夹板料状态，每次加工完零件时都需要手动装夹板料，更换上下压板时，还需要重新对刀，生产效率低下，无法实现自动化，传统夹具的压边力完全由压板四个拐角处的内六角螺钉的锁紧力提供，压边力的控制完全依靠人的主观意识来控制，因此传统夹具所提供的压边力在板料上的分布不均匀，压边力主要集中在板料的四个拐角处，呈点压状态，无法对板料施加完全面压。另外渐进机床传统的机械夹具无法实现对压边力的控制，无法做到变压边力，变压边力主要表现压板四个侧边的压边力相互独立，可同时控制也可分开控制以及加工过程中压边力可随时间的变化而化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于渐进成形机床的液压夹具及其板料成形补料方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，包括支撑台、上托板、下托板、上压板、下压板、液压装置、导柱、导套，四个导柱下端和上端分别冷压入支撑台和上托板中，下托板设置在支撑台与上托板之间，并通过导柱和导套进行装配，上压板与下压板分别安装于上托板下框和下托板上框处，液压装置设置在下托板与支撑台之间，液压装置的两端分别与支撑台和下托板通过紧固件相连。

进一步的，上托板的上下两侧开框打通且下侧框的边长大于上侧框，且下侧框开设避空孔，并通过内六角螺钉在下侧框内固定上压板，上托板开设导柱装配孔。

进一步的，下托板的上下两侧开框打通且下侧框的边长小于上侧框，且上侧框开设避空孔，并通过对角定位销在上侧框内定位下压板，下托板开设导套装配孔。

进一步的，上压板的边长等于上托板下侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在四个角攻螺纹孔，且装配入上托板上时，上压板高出上托板下平面。

进一步的，下压板的边长等于下托板上侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在其中一个对角开设定位销孔,且装配入下托板上时，下压板高出下托板上平面。

进一步的，液压装置为四个，液压装置包括活塞杆头部和液压缸，所述液压缸分布在支撑台上，活塞杆头部与下托板相连，四个液压装置独立控制，工作时相互协调，可同时控制也可分开控制。

进一步的，支撑台的四个角开设导柱装配孔，其上攻螺纹孔固定液压缸，用于支撑稳定整个夹具。

一种渐进成形板料成形补料方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先对零件进行三维造型设置工艺参数，并生成各等高线层面上的NC加工轨迹；

(2)根据零件尺寸选择上下压板的内部尺寸，并将上压板和下压板装配上液压夹具；

(3)将预加工的板料放置在下压板上，然后通过液压伺服控制系统同时控制四个液压缸下进油口进油推动下托板向上运动，直到压紧板料，最后再根据加工零件的成形角度来调控各液压缸所提供的压边力，零件成形角度较大一侧的压边力应当减小；通过减少压边力使板料的流动性增强，加工时便于补料，防止加工过程中板料破裂，可明显提升板料成形性能；

(4)装夹完成后，启动渐进成形机床，移动机床X、Y轴沿着上托板侧边进行对刀操作，移动机床Z轴靠近工件进行Z轴方向对刀操作；

(5)将所述NC代码输入渐进成形机床系统，操作渐进成形机床，完成零件的加工，此外，加工过程中随着时间的变化还可以根据零件加工的实际情况，来随时调整各边压边力的大小，直到找到合适的压边力；

(6)渐进成形加工完成后，刀具撤离，液压伺服控制系统控制四个液压缸上进油口进油夹具打开，将成形件取下，然后再装夹新的板料，重复操作。

9.根据权利要求8所述的一种渐进成形板料成形补料方法，其特征在于，其压边力根据下面公式设定：

式中：l₀为板料的压边宽度；t₀为板料的初始厚度；μ为板料与压板之间的摩擦系数；σ_b为板料的抗拉强度；Θ为零件的成形角度；K为经验值系数，0.4～1。

与现有技术相比，本发明的优点在于采用了液压夹具，实现了板料装夹的自动化，省去了因为更换压板时，X、Y两个方向上的重新对刀操作，提高了生产效率，有利于实现生产自动化。此外，与传统的渐进成形机床夹具相比，本发明使板料的压边力从传统的点压转变为面压，压力分布更加均匀，另外由于采用四个相互独立的液压缸来提供加工时板料所需的压边力，因此通过液压伺服系统结合本发明可以实现压边力的可测、可调，实现变压边力，变压边主要表现在：压板四个侧边的压边力相互独立，可同时控制也可分开控制以及加工过程中压边力可随时间的变化而化，在板料加工过程中，可以在成形角度较大的一侧减少压边力，通过减少压边力使板料的流动性增强，加工时便于补料，防止加工过程中板料的破裂，可明显提升板料成形性能。

附图说明

图1为背景技术示意图；

图2为渐进成形机床的液压夹具示意图；

图3为渐进成形机床的液压夹具剖视图；

图4为液压夹具中上托板的示意图；

图5为液压夹具中下托板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，基于渐进成形机床的液压夹具包括：支撑台1、导柱2、下托板3、导套4、上托板5、M8内六角螺钉6、上压板7、下压板8、液压缸活塞杆9、液压缸缸筒11、M6内六角螺钉13等，导柱2下端冷压入支撑台1，导柱2上端冷压入上托板5，上托板5上开框通过M8内六角螺钉6和内螺纹孔14固定上压板7，下托板3通过导套4与导柱2装配，放置在支撑台1与上托板5之间，其上开框通过定位销15定位下压板8，液压装置安放下托板3与支撑台1之间，液压缸缸筒11通过M6内六角螺钉13固定在支撑台1上，液压缸活塞杆9头部通过M6内六角螺钉13与下托板3连接。

所述的上托板5的上下两侧开框打通且下侧框的边长大于上侧框，且下侧框开设避空孔，并通过M8内六角螺钉6在下侧框内固定上压板7，此外在上托板5四个角开设导柱装配孔。

所述的下托板3的上下两侧开框打通且下侧框的边长小于上侧框且上侧框开设避空孔，并通过对角定位销在上侧框内定位下压板8，此外在四个角开设导套装配孔，其上攻螺纹孔用于连接液压缸活塞杆9头部。

所述的上压板7的边长等于上托板下侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在四个角攻螺纹孔，且装配入上托板5上时，要高出上托板5下平面1mm。

所述的下压板8的边长等于下托板3上侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在其中一个对角开设定位销孔,且装配入下托板3上时，要高出下托板3上平面1mm。

所述的液压装置靠边分布在支撑台上，活塞杆9头部与下托板3相连，四个液压缸相互独立，工作时相互协调，可同时控制也可分开控制。

所述的支撑台1的四个角开设导柱装配孔，其上攻螺纹孔固定液压缸缸筒11底座，用于支撑稳定整个夹具。

上述夹具的板料成形补料方法过程如下：

(1)产品尺寸为采用厚度为0.8mm铝板；

(2)首先在计算机上根据零件形状利用NX6.0软件的CAD功能建立三维CAD模型，设置工艺参数，并利用CAM功能将CAD模型沿加工路径方向离散，生成各等高线层面上的NC加工轨迹；

(3)根据零件尺寸选择宽度为300mm×300mm的上下压板,其内部尺寸为并将上下压板装配上液压夹具；

(4)将板料下料成300mm×300mm放置在下压板上，然后通过液压伺服控制系统同时控制四个液压缸下进油口进油推动下托板向上运动，直到压紧板料，最后再根据加工零件的成形角度来调整各液压缸所提供的压边力，减小零件成形角度较大一侧的压边力，其压边力根据下面公式设定：

其中：l₀为板料的压边宽度(mm)；t₀为板料的初始厚度(mm)；μ为板料与压板之间的摩擦系数；σ_b为板料的抗拉强度(MPa)；Θ为零件的成形角度；K为经验值系数，0.4～1；

(5)装夹完成后，启动渐进成形机床，安装的圆柱压头，移动机床X、Y轴沿着定、下托板侧边进行对刀操作，移动机床Z轴靠近工件进行Z轴方向对刀操作；

(6)将所述NC代码输入渐进成形机床系统，操作渐进成形机床，完成零件的加工，加工过程中随着时间的变化还可以根据零件加工的实际情况，来随时调整各边压边力的大小，直到找到合适的压边力；

(7)渐进成形加工完成后，刀具撤离，液压伺服控制系统控制四个液压缸上进油口进油夹具打开，将成形件取下，然后再装夹新的板料，重复操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，包括支撑台、上托板、下托板、上压板、下压板、液压装置、导柱、导套，四个导柱下端和上端分别冷压入支撑台和上托板中，下托板设置在支撑台与上托板之间，并通过导柱和导套进行装配，上压板与下压板分别安装于上托板下框和下托板上框处，液压装置设置在下托板与支撑台之间，液压装置的两端分别与支撑台和下托板通过紧固件相连。

2.根据权利要求1所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，上托板的上下两侧开框打通且下侧框的边长大于上侧框，并通过内六角螺钉在下侧框内固定上压板，上托板开设导柱装配孔。

3.根据权利要求1所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，下托板的上下两侧开框打通且下侧框的边长小于上侧框，并通过对角定位销在上侧框内定位下压板，下托板开设导套装配孔。

4.根据权利要求2所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，上压板的边长等于上托板下侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在四个角攻螺纹孔，且装配入上托板上时，上压板高出上托板下平面。

5.根据权利要求3所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，下压板的边长等于下托板上侧开框的边长，其内部结构由具体的加工零件的外形尺寸而定并在其中一个对角开设定位销孔,且装配入下托板上时，下压板高出下托板上平面。

6.根据权利要求1所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，液压装置为四个，液压装置包括活塞杆头部和液压缸，所述液压缸分布在支撑台上，活塞杆头部与下托板相连，四个液压装置独立控制。

7.根据权利要求6所述的基于渐进成形机床的液压夹具，其特征在于，支撑台的四个角开设导柱装配孔，其上攻螺纹孔固定液压缸，用于支撑稳定整个夹具。

8.一种渐进成形板料成形补料方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先对零件进行三维造型设置工艺参数，并生成各等高线层面上的NC加工轨迹；

(2)根据零件尺寸选择上下压板的内部尺寸，并将上压板和下压板装配上液压夹具；

(3)将预加工的板料放置在下压板上，然后通过液压伺服控制系统同时控制四个液压缸下进油口进油推动下托板向上运动，直到压紧板料，最后再根据加工零件的成形角度来调控各液压缸所提供的压边力，零件成形角度较大一侧的压边力应当减小；

(4)装夹完成后，启动渐进成形机床，移动机床X、Y轴沿着上托板侧边进行对刀操作，移动机床Z轴靠近工件进行Z轴方向对刀操作；

(5)将所述NC代码输入渐进成形机床系统，操作渐进成形机床，完成零件的加工，此外，加工过程中随着时间的变化还可以根据零件加工的实际情况，来随时调整各边压边力的大小，直到找到合适的压边力；

(6)渐进成形加工完成后，刀具撤离，液压伺服控制系统控制四个液压缸上进油口进油夹具打开，将成形件取下，然后再装夹新的板料，重复操作。

9.根据权利要求8所述的一种渐进成形板料成形补料方法，其特征在于，其压边力根据下面公式设定：

式中：l₀为板料的压边宽度；t₀为板料的初始厚度；μ为板料与压板之间的摩擦系数；σ_b为板料的抗拉强度；Θ为零件的成形角度；K为经验值系数，0.4～1。