CN110434211A - 一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属薄板加工成型领域，并公开了一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置及成型方法。该成型装置包括底座、盖板、推杆、推块、前端垫块、成型块和末端垫块，其中：底座分为成型区域和驱动区域，盖板设置在成型区域，盖板用于限制成型高度，推杆、推块和前端垫块设置在驱动区域，在推杆上施加推力，通过推块和前端垫块将推力传递至待成型金属薄板上，使得待成型薄板曲形，成型块分布在待成型金属薄板的两侧的矩形凹槽中，末端垫块设置在待成型金属薄板的末端，通过成型块、前端垫块和末端垫块的配合，使得待成型金属薄板成型为所需的内凹梯形波纹。通过本发明，解决内凹梯形波纹金属薄板中内凹梯形难以成型的问题，结构简单，便于制造。
Description
技术领域
本发明属于金属薄板加工成型领域，更具体地，涉及一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置及成型方法。
背景技术
内凹蜂窝是一种在面内方向具有宏观负泊松比效应的结构，即在横向受拉时会出现“拉胀”现象。凭借这一力学特性，内凹蜂窝结构在受面内方向冲击载荷时，材料将朝冲击区域聚集。因此，相较于传统六边形蜂窝结构(正泊松比效应)，内凹蜂窝具有更优良的缓冲吸能特性。同时，在减振降噪等方面，内凹蜂窝结构也存在着极大的应用潜能。而构成内凹蜂窝的基本结构单元是内凹梯形波纹板，因此制造内凹梯形波纹板是制备内凹蜂窝结构关键前提。
由于特殊的几何构造，内凹梯形波纹金属薄板无法直接通过常规模具压制而成。目前，针对小尺寸内凹梯形波纹金属薄板(厚度小于1mm、波纹边长在毫米级)的制备方法主要分为以下两种：金属增材制造和折边工艺。然而，前者存在制备成本高，成型速度慢，结构面内尺寸受限，金属表面粗糙，材料性能较母材有所降低等缺点；后者又可分为手工折边和机械折边，手工折边仅适用于极薄的材料性能较弱的板材(如铝板)，且加工效率较低，加工精度难以保证，而机械折边工艺对波纹平台宽度和内凹角度(斜边和平台之间的角度)均有苛刻的要求，波纹平台宽度太窄或内凹角度太小则会导致冲头和波纹板相互干涉，无法加工。在此，如何快速并精准地制备小尺寸内凹梯形波纹金属薄板是本发明要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置及成型方法，通过将呈矩形波纹板的金属薄板在可拆卸的成型块的作用下成型具有内凹梯形波纹金属薄板，由此解决内凹梯形波纹金属薄板中内凹梯形难以成型的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，该成型装置包括底座、盖板、推杆、推块、前端垫块、末端垫块和成型块，其中：
所述底座分为分布在该底座两端的成型区域和驱动区域，所述盖板设置在所述成型区域，与所述底座相对设置，该盖板用于限制待成型金属薄板成型高度，所述推杆、推块和前端垫块设置在所述驱动区域，所述推杆设置在所述推块后方，所述推块设置在所述前端垫块的后方，所述前端垫块与待成型金属薄板接触，在所述推杆上施加推力，通过所述推块和前端垫块将推力传递至待成型金属薄板上，使得待成型薄板弯曲变形；
尤其地，所述成型装置用于成型内凹的梯形波纹，待成型金属薄板为矩形波纹金属薄板，该矩形波纹金属薄板上设置有矩形凹槽，所述成型块分布在所述待成型金属薄板的两侧的矩形凹槽中，所述末端垫块设置在所述待成型金属薄板的末端，通过所述成型块、前端垫块和末端垫块的配合，使得所述待成型金属薄板成型为所需的内凹梯形波纹，成型块、前端垫块和末端垫块的形状根据所需的所述的内凹的梯形波纹进行设定。
进一步优选地，所述推块上设置有刻度，用于观测推块的行程。
进一步优选地，所述推块与所述前端垫块相接触的一端设置有台阶，用于与前端垫块契合，防止前端垫块在受力过程中发生翘动；
进一步优选地，所述成型块、前端垫块和末端垫块呈棱柱状，所述成型块的截面为等腰梯形，所述前端垫块的截面呈阶梯状，用于配合推块，所述末端垫块的截面呈直角梯形状，用于配合底座凹槽末端垂直侧壁。
进一步优选地，所述盖板和底座通过紧固件连接，以此限制成型高度。
进一步优选地，所述底座、盖板、推杆、推块、前端垫块、成型块和末端垫块均采用金属。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述所述的成型装置的成型方法，该方法包括下列步骤：
(a)在待成型金属薄板的矩形凹槽中放置成型块，然后将放置有成型块的待成型金属薄板放置在所述成型装置中，放置时，待成型金属薄板上表面的矩形凹槽与所述盖板一侧的成型块配合，待成型金属薄板下表面的矩形凹槽与所述底座一侧的成型块配合；
(b)在推杆上施加推力，在推杆的作用下，所述待成型金属薄板被曲形形成内凹的梯形波纹，观测推块上的表面刻度，待达到行程后，取出金属薄板，抽出成型块后获得所需的具有内凹的梯形波纹的金属薄板。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明中成型块采用线切割加工成型，具有很高的加工精度，从而能够保证每个内凹胞元尺寸的精度，且更换前端垫块、成型块和末端垫块能够满足于不同尺寸的内凹梯形波纹金属薄板的制备需求；
2、本发明中待成型金属薄板是经过前期成型后的具有矩形波纹板，对于内凹的波纹，采用冲压成型或折边成型的方法成型后凸模均无法取出，而采用本发明的提供的装置进行成型有效解决上述问题，在内凹波纹板制备过程中，通过调节盖板紧固螺栓可以很好地保证内凹波纹上下平台的平整度，有助于后续开展的焊接加工；
3、本发明提供的装置各零部件结构简单、便于制造，并且使用轻便、成本低廉，整套装置原理简单易懂，制备速度快，具有很高的实用及推广价值。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置的结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置成型结束后的示意图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置的成型方法流程图；
图4是按照本发明的优选实施例所构建的获得的小尺寸内凹梯形波纹金属薄板的示意图；
图5是按照本发明的优选实施例所构建的多个小尺寸内凹梯形波纹金属薄板拼接在一起的薄壁内凹蜂窝结构平面图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-推杆，2-底座，3-推块，4-前端垫块，5-成型块，6-待成型金属薄板，7-盖板，8-紧固螺栓，9-末端垫块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，该装置包括底座2、盖板7、推块3、推杆1、前端垫块4、末端垫块9、成型块5以及紧固螺栓8。其中，底座2中心区域开有矩形凹槽，用于限制元件在面内范围内运动，底座上表面和处于短边的一个侧面加工有螺纹孔，用于配合紧固螺栓和推杆。盖板7与底座2通过紧固螺栓连接，用于在加工过程中限制波纹板运动并控制波纹板成型高度；推块3放置于底座凹槽中，一端与推杆1接触，另一端顶住前端垫块4，用于将推杆产生的推力均匀地传递至前端垫块4，推块上表面标有刻度，用于观测推块行进距离，并且推块首部呈台阶状，用于防止前端垫块4在施力过程中发生翘动；成型块5、前端垫块4和末端垫块9呈棱柱状，成型块5的截面为等腰梯形，前端垫块4的截面呈阶梯状，用于配合推块，末端垫块9的截面呈直角梯形状，用于配合底座凹槽末端垂直侧壁；推杆与底座侧面螺栓孔相互配合，用于产生侧向挤压波纹板的推力，底座的右侧后端设置有末端垫块9，用于配合待成型金属薄板的末端成型。
该装置的基本原理是利用推杆前进推动推块，对预制直角波纹薄板施加一个沿侧向的挤压力，通过前端垫块4、成型块5和末端垫块9使直角波纹板的垂直壁板绕折角弯曲变形并控制其内凹角度，以此达到形成内凹波纹板的目的。
前端垫块4、成型块5和末端垫块9的尺寸(底边宽度，高度和斜边角度)由所需内凹梯形波纹薄板的结构参数决定，其底边宽度需留有与直角波纹板配合的容差，高度则根据所需内凹梯形波纹板最终高度设计，由于仅针对金属薄板，回弹变形较小，因此前端垫块4、成型块5和末端垫块9斜边角度的设计可以不用考虑回弹量，若需改变所需内凹波纹板的角度，只需更换前端垫块4、成型块5和末端垫块9即可；若需制备高度更低的内凹梯形波纹板，需重新加工一张适当厚度的薄垫板置于成型区域内并更换高度更低的前端垫块4、成型块5和末端垫块9。
实际上，成型块5高度略低于预制直角波纹板，为使成型块5紧贴于直角波纹板上表面的矩形凹槽，则需采用胶水粘接固定。
实际上，由直角波纹板经侧向挤压形成内凹波纹板的过程中，波纹板高度会逐渐降低，因此，在加工过程中需调节盖板上的螺栓进行高度上的匹配。
为降低加工过程的滑动摩擦阻力，需对各元件接触面进行打磨处理降低其表面的粗糙度，同时，在加工过程中各工件可采用润滑油进行润滑，以减小工件表面及所需内凹波纹板表面划痕。
成型装置构件的材质可为不锈钢、铝合金等强度较高且不易生锈的金属材料。
待成型金属薄板为直角波纹板，可预先通过机械折边进行制备。
如图3所示，提出相应的小尺寸内凹波纹金属薄板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、用胶水将等腰梯形成型块粘接于预制直角波纹板上表面的矩形凹槽中；
步骤二、将上述工件放置与底座凹槽中，装配其余成型块及推块；
步骤三、将盖板贴合于直角波纹板上表面并用螺栓固定(注意：此时螺栓无需拧紧以免造成波纹垂直壁板发生屈曲变形)，装配推杆，顶住推块；
步骤四、旋转推力螺杆，使其推动推块前进，对直角波纹板施加侧向挤压力使直角波纹板垂直板壁绕折角处变形。同时，调节盖板上方紧固螺栓控制波纹高度；
步骤五、观测推块上表面刻度，待达到行程后，卸掉螺栓，盖板和推块，用解胶剂软化粘接层，抽出所有成型块，如图2所示，是成型后的示意图，即可得到小尺寸内凹波纹金属薄板，如图4所示，即成型获得的小尺寸内凹波纹金属薄板。
如图5所示，是本发明的一个实施例中所需的由多个小尺寸内凹波纹金属薄板拼接在一起的薄壁内凹蜂窝结构平面图，其应用本发明提供的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置获得。其具体实施方案如下：(1)采用模压、折边技术将厚度为0.5mm的304不锈钢薄板制成直角波纹板，再用电火花线切割(EDM)方法切割成设计尺寸，面内尺寸沿折边方向300mm，垂直于折边方向350mm，清洗去除加工过程中残留的油污杂质；(2)滴少许401强力胶水于等腰梯形状成型块底面两端，并将其粘于预制的直角波纹板上表面的矩形凹槽中；(3)在底座凹槽表面涂抹润滑油，将上述工件放置于底座凹槽中，并装配其余成型块以及推块；(4)在盖板底面涂抹润滑油，将盖板贴合于波纹板上表面并用螺栓固定(注意：此时螺栓无需拧紧以免压溃波纹壁板)，装配推杆，顶住推块；(5)用套筒扳手旋转推力螺杆，使其推动推块前进，对直角波纹板施加侧向挤压力使直角波纹板垂直板壁绕折角处变形，同时，调节盖板上方紧固螺栓控制波纹高度；(6)观测推块上表面刻度，待达到行程后，卸掉螺栓，盖板和推块，用解胶剂软化粘接层，抽出所有成型块，清理表面油污和粘接痕迹，得到内凹角度为55°，面内尺寸沿折边方向300mm，垂直于折边方向252mm，高度为14mm，材质为304不锈钢的内凹梯形波纹板。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，该成型装置包括底座(2)、盖板(7)、推杆(1)、推块(3)、前端垫块(4)、末端垫块(9)和成型块(5)，其中：
所述底座(2)分为分布在该底座两端的成型区域和驱动区域，所述盖板(7)设置在所述成型区域，与所述底座相对设置，该盖板(7)用于限制待成型金属薄板成型高度，所述推杆(1)、推块(3)和前端垫块(4)设置在所述驱动区域，所述推杆(1)设置在所述推块(3)的后方，所述推块(3)设置在所述前端垫块(4)的后方，所述前端垫块(4)与待成型金属薄板接触，在所述推杆(1)上施加推力，通过所述推块(3)和前端垫块(4)将推力传递至待成型金属薄板上，使得待成型薄板弯曲变形；
尤其地，所述成型装置用于成型内凹的梯形波纹，待成型金属薄板为矩形波纹金属薄板，该矩形波纹金属薄板上设置有矩形凹槽，所述成型块分布在所述待成型金属薄板的两侧的矩形凹槽中，所述末端垫块(9)设置在所述待成型金属薄板的末端，通过所述成型块(5)、前端垫块(4)和末端垫块(9)的配合，使得所述待成型金属薄板成型为所需的内凹梯形波纹，成型块(5)、前端垫块(4)和末端垫块(9)的形状根据所需的所述的内凹的梯形波纹进行设定。
2.如权利要求1所述的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，所述推块(3)上设置有刻度，用于观测推块的行程。
3.如权利要求1所述的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，所述推块(3)与所述前端垫块(4)相接触的一端设置有台阶，用于与前端垫块契合，防止前端垫块在受力过程中发生翘动。
4.如权利要求1所述的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，所述成型块(5)、前端垫块(4)和末端垫块(9)呈棱柱状，所述成型块(5)的截面为等腰梯形，所述前端垫块(4)的截面呈阶梯状，用于配合推块，所述末端垫块(9)的截面呈直角梯形状，用于配合底座凹槽侧壁。
5.如权利要求1所述的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，所述盖板(7)和底座(2)通过紧固件连接，以此限制成型高度。
6.如权利要求1所述的一种小尺寸内凹梯形波纹金属薄板成型装置，其特征在于，所述底座(2)、盖板(7)、推杆(1)、推块(3)、前端垫块(4)、成型块(5)和末端垫块(9)均采用金属。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的成型装置的成型方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)在待成型金属薄板的矩形凹槽中放置成型块，然后将放置有成型块的待成型金属薄板放置在所述成型装置中，放置时，待成型金属薄板上表面的矩形凹槽与所述盖板一侧的成型块配合，待成型金属薄板下表面的矩形凹槽与所述底座一侧的成型块配合；
(b)在推杆上施加推力，在推杆的作用下，所述待成型金属薄板弯曲变形形成内凹的梯形波纹，观测推块上的表面刻度，待达到行程后，取出金属薄板，抽出成型块后获得所需的具有内凹的梯形波纹的金属薄板。
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