CN108555089B - 三维曲面成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维曲面成型装置，包括上模和下模，其特征在于：还包括定位框和夹具，其中上模和下模均包括一组或多组冲头，每组冲头包括排列成多行和多列的多个冲头；每个冲头包括头部、齿纹部和连接在头部和齿纹部之间的连接部，头部的顶部为圆弧形结构，齿纹部包括多行齿纹，每一齿纹围绕方柱外周的一周或者在一周的部分位置形成，相邻的冲头的齿纹部的齿纹可以部分相互咬合，实现力的传递。

Description

三维曲面成型装置
技术领域
本发明涉及一种板材成形装置，特别是涉及一种三维曲面成型装置。
背景技术
在船舶、汽车、飞机等工业中，对于板材的加工，需要一种能实现三维板材的柔性制造与数字化制造的技术。
随着产品外板曲面形状复杂，外板的尺寸也越来越大。目前单向曲度的外板构件一般使用三辊弯板机或油压机进行冷弯成形，而对于复杂的三维曲面的外板构件，则在使用上述冷加工方法进行纵向曲度加工成型的基础上，再用水火弯板方法进行横向曲度的热弯曲加工。该水火弯板工艺生产效率低、劳动强度大、对工人技术水平要求高。
如图1所示，国内开发出的三维曲面成型装置通过众多可调高度的压头构成具有三维曲面形状的模具，代替传统的整体模具压制板材构件成形，是一种有可行的方法。目前，三维曲面成型装置通常有上下两套压头基本体群，通过上下两套压头基本体群形成的成形曲面来压制三维曲面板材零件，压制时压头基本体群中的某个上压头基本体单元中心与其对应的下压头基本体单元中心是在同一轴线上的，即采用的是对压方式。
而上下两套压头基本体群分别包括多个冲头，并分别固定在夹持装置上，在其形成曲面时，需要对多个冲头的高度分别进行调整，并用螺纹装置等固定，这一过程工程中，需要对每个冲头分别根据设计要求调整高度并进行固定，工程量巨大，消耗大量时间和人力，造成成本较高，工时较长。
发明内容
本发明目的是解决上述问题，提供一种省时省力，低成本的三维曲面成型装置，具体尔雅，本发明提供 一种三维曲面成型装置，包括上模和下模，其特征在于：还包括夹紧框，其中上模和下模均包括一组或多组冲头，每组冲头包括排列成多行和多列的多个冲头；
每个冲头包括从头到尾依次连接的头部、连接部、齿纹部和凸起部；
头部的顶部为圆弧形结构；
齿纹部包括基本为方柱形的本体和在本体的四个圆处角分别形成的多行齿纹结构，每一齿纹围绕方柱外周的一周或者在一周的部分位置形成，相邻的冲头的齿纹部的齿纹可以部分相互咬合，实现力的传递；
凸起部至少部分位置有棱角结构，可以通过工具实现扭矩传递；
一组冲头排布在一起时，相邻的冲头的头部紧挨着，相邻冲头的齿纹部在第一状态时中间有间隔，在第二状态时至少部分齿纹可相互交错咬合，实现力的传递；
其中所述夹紧框为一上下开口四周有四个侧壁围挡的结构，所述夹紧框的侧壁内侧也形成有多行齿纹，用于与所述一组冲头的最外侧冲头上的齿纹相咬合。
进一步地，其特征在于：所述一组冲头中多个冲头的尺寸相同，且冲头中的齿纹的宽度小于该组冲头中相邻排布的冲头的最小高度差。
进一步地，其特征在于：所述冲头中的齿纹的宽度为本组冲头所有相邻高度差的公约数。
进一步地，其特征在于：所述冲头中的齿纹的宽度为本组冲头所有相邻高度差的最大公约数。
进一步地，其特征在于：所述一组冲头中多个冲头的尺寸不同，其中某一或某些冲头的齿纹结构距离头部的间距不同，并且其间距差值小于齿纹的宽度。
进一步地，其特征在于：所述一组冲头中的某一或某些冲头上的多个齿纹宽度不相同，在工作时至少部分齿纹能够实现与相邻冲头部分齿纹的咬合。
与现有三维曲面成型装置相比，本发明具有以下效果：
可以快速实现冲头的位置定位和夹紧，无需对冲头挨个进行螺纹固定，大大节约了人力物力，提高了效率，降低了成本。
附图说明
图1为现有三维曲面成型装置加工示意图；
图2为本发明冲头结构主视图；
图3为本发明冲头结构侧视图；
图4为本发明冲头结构剖面图；
图5为本发明多个冲头外设置夹紧框第一状态剖视图；
图6为本发明多个冲头外设置夹紧框第二状态剖视图；
图7为本发明多个冲头第一状态侧视图；
图8为本发明多个冲头第二状态侧视图；
图9为本发明另一方案局部剖视图；
图10为本发明另一结构冲头主视图；
图11为本发明另一结构冲头剖视图；
具体实施方式
以下通过具体实施案例来介绍本发明的实现方式和具体效果。参见附图2-11所示，本发明中，三维曲面成型装置包括上模和下模，上模和下模均包括一组或多组冲头，每组冲头包括排列成多行多列的多个冲头。
每个冲头2从头到尾的结构依次为头部21、连接部22、齿纹部23和凸起部24，其中冲头2整体为柱形结构，头部21的顶部为圆弧形结构，齿纹部23包括基本为方柱形的本体和在本体的四个圆处角分别形成的多行齿纹结构，齿纹的高度和宽度（分别指齿纹突出于方柱外表面的高度和齿纹在方柱的轴向方向的宽度）尺寸根据需要可以设计。凸起部24至少部分位置有棱角结构，例如为四棱形、三棱形、圆柱表面锯齿形等，可以通过工具（例如扳手）实现扭矩传递。一组冲头排布在一起时，相邻的冲头的头部21紧挨着，这样在工作时，头部21受到的侧向力可以被相邻头部抵抗，防止了头部21的侧向变形及损坏，也保证了成形曲面的精度。相邻冲头2的齿纹部23在第一状态时中间有间隔（图7），在第二状态时（图8）至少部分齿纹可相互交错咬合，实现力的传递。
优选的方案中，一组冲头中多个冲头的尺寸相同，且冲头中的齿纹的宽度小于该组冲头中相邻排布的冲头的最小高度差，该相邻冲头的布置在计算机设计时即可获知，因此也可相邻冲头的高度差（为本领域公知），更优选地，齿纹的宽度为本组冲头相邻高度差的公约数，优选为大公约数的，例如冲头间的高度差为1、1.5、2、3厘米，则齿纹宽度可以选择为0.5毫米。另一优选方案中，一组冲头中的多个冲头的尺寸并非完全相同，具体而言，某一或某些冲头的齿纹结构23距离头部21的间距不同，并且其间距差值小于齿纹的宽度，例如假设部分冲头为标准结构，则部分冲头与标准冲头的所述间距差为齿纹宽度的1/3，还有部分为2/3。或者为1/4、1/2、3/4等，根据情况可提前设计，这样在系统设计阶段，根据曲面形状及需要的多个冲头的各自位置就可以获知与之匹配的多个冲头；另一方案中，某一冲头2上的多个齿纹尺寸不相同，在工作时至少部分齿纹能够实现与相邻冲头部分齿纹的咬合。
本发明的三维曲面成型装置还包括夹紧框3，其中所述夹紧框3为一上下开口四周有四个竖直侧壁围挡的结构，所述夹紧框3的长度和宽度尺寸适于一组冲头的尺寸（如图6），并且优选地，所述夹紧框3的侧壁内侧也形成有多行齿纹，用于与所述一组冲头的最外侧冲头2上的齿纹相咬合。优选地，所述夹紧框3的四个侧壁可在驱动机构（例如气缸等，图中未示出）作用下水平动作，以调整夹紧框3的尺寸，进而可实现对一组冲头的定位夹紧，并且也可适应不同数量的一组冲头。
所述夹紧框3夹紧所述冲头2，可以整体放置在三维曲面成型装置上，作为三维曲面成型装置的上模和/或下模的组成部分。
优选的方案中，如图9所示，所述装置还包括扭矩驱动结构4，其包括条状基体上形成的多个第一齿，所述冲头2的凸起部24为圆柱形结构，其外表面形成有第二齿，所述第一齿和第二齿可啮合；工作时，在动力源作用下，扭矩驱动结构4同时与一行或一列冲头2的凸起部24上的齿咬合，并沿着凸起部24的切向方向移动，进而带动所述凸起部24旋转，进而带动冲头2旋转。优选地，同时有两个扭矩驱动结构4，其齿相对，同时与一行或一列冲头的凸起部24咬合。更优选地，所述扭矩驱动结构4可以有对，可同时对一组冲头同时进行扭转动作，例如，所述多对扭矩驱动结构4中的每一对中的一个可以同时与一支架连接，多对扭矩驱动结构4中的每一对中的另一个可以同时与另一支架连接，这样，通过同时控制两个支架动作可实现多对扭矩驱动结构4的同时动作，冲头2的转动调整更加方便快捷。
另外的方案中，齿纹部23包括本体部和通过其内侧的螺纹可与本体部表面连接的套装件5，所述套装件5外表面形成有齿纹，通过旋转套装件5可以调整外表面的齿纹相对于头部21的间距。这样无需设置多种不同的冲头结构，所述套装件5与本体部表面的螺纹配合为较紧紧配合（具体配合尺寸可参见机械设计手册中的公差与配合部分），这样齿纹部23不会轻易松动。
下面结合附图说明本发明的工作过程：
1） 根据需要成形的三维曲面尺寸参数，采用注塑或3d打印形成塑料模型101；
2） 将一组冲头2以头部21朝下的方式放置在模型101上，相邻的头部21紧挨着，外侧套上夹紧框3，且冲头齿纹部2的方柱侧面与夹紧框3的侧壁平行；其中，这组冲头2的选择可以在计算机系统中设计时就可实现；（例如，根据曲面形状变化幅度，选择合适齿纹与头部距离的冲头相互组合，其可实现相邻冲头的至少部分齿纹相互交错咬合）；
3） 使用工具对冲头2的凸起部24施加力使得冲头2在原地转动一定角度，使得相邻冲头的齿纹部处于至少部分咬合的状态，优选地，转动角度为45度。全部冲头2旋转后，使得全部冲头中每一个冲头2的齿纹部23至少部分齿纹能够与相邻冲头2的齿纹相互交错咬合；并且使得最外周的冲头2至少部分冲头2的至少部分齿纹与夹紧框3的侧壁上的齿纹相咬合；
4） 随后将所述夹紧框4和冲头组一起放置在上模或下模上固定，然后进行金属的三维曲面成型。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三维曲面成型装置，包括上模和下模，其特征在于：还包括夹紧框，其中上模和下模均包括一组或多组冲头，每组冲头包括排列成多行和多列的多个冲头；
每个冲头包括从头到尾依次连接的头部、连接部、齿纹部和凸起部；
头部的顶部为圆弧形结构；
齿纹部包括基本为方柱形的本体和在本体的四个圆处角分别形成的多行齿纹结构，每一齿纹围绕方柱外周的一周或者在一周的部分位置形成，相邻的冲头的齿纹部的齿纹可以部分相互咬合，实现力的传递；
所述三维曲面成型装置还包括扭矩驱动结构，其包括条状基体上形成的多个第一齿，所述冲头的凸起部为圆柱形结构，其外表面形成有第二齿，所述第一齿和第二齿可啮合；工作时，在动力源作用下，扭矩驱动结构同时与一行或一列冲头的凸起部上的第二齿咬合，并沿着凸起部的切向方向移动，进而带动所述凸起部旋转，进而带动冲头旋转；
一组冲头排布在一起时，相邻的冲头的头部紧挨着，相邻冲头的齿纹部在第一状态时中间有间隔；使用工具对冲头的凸起部施加力使得冲头在原地转动一定角度，使得相邻冲头的齿纹部处于第二状态，在第二状态时至少部分齿纹可相互交错咬合，实现力的传递；
其中所述夹紧框为一上下开口四周有四个竖直侧壁围挡的结构，所述夹紧框的侧壁内侧也形成有多行齿纹，用于与所述一组冲头的最外侧冲头上的齿纹相咬合。
2.根据权利要求1所述的一种三维曲面成型装置，其特征在于：所述一组冲头中多个冲头的尺寸相同，且冲头中的齿纹的宽度小于该组冲头中相邻排布的冲头的最小高度差。
3.根据权利要求2所述的一种三维曲面成型装置，其特征在于：所述冲头中的齿纹的宽度为本组冲头所有相邻高度差的公约数。
4.根据权利要求2所述的一种三维曲面成型装置，其特征在于：所述冲头中的齿纹的宽度为本组冲头所有相邻高度差的最大公约数。
5.根据权利要求1所述的一种三维曲面成型装置，其特征在于：所述一组冲头中多个冲头的尺寸不同，其中某一或某些冲头的齿纹结构距离头部的间距不同，并且其间距差值小于齿纹的宽度。
6.根据权利要求1所述的一种三维曲面成型装置，其特征在于：所述一组冲头中的某一或某些冲头上的多个齿纹宽度不相同，在工作时至少部分齿纹能够实现与相邻冲头部分齿纹的咬合。
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