CN113814316B - 一种板料辊压工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种板料辊压工艺及其装置，其中板料辊压工艺包括：对板料的第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；对板料的第一区域施加驱动力，使板料沿长度方向运动；在板料沿长度方向运动过程中，对板料的第二区域进行加热，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变；其中宽度方向、深度方向以及长度方向相互垂直。本工艺可以实现高强钢板料在深度方向和宽度方向的形状变化，使零件的几何形状更加灵活以适应汽车轻量化的需求；并且由于在辊压成形前对板料进行加热，使得成形后的板料在强度级别、成形质量以及成形几何极限等方面都得到了极大的提高。

Description

一种板料辊压工艺及其装置

技术领域

本发明涉及金属板材加工领域，具体涉及一种板料辊压工艺及其装置。

背景技术

相较于形状比较单一的钢结构零件，在结构刚度和强度都满足的条件下，变截面的高强钢能够使得汽车零件结构的设计更加灵活，并且能充分利用车身有限的空间，因而更能满足现代化汽车设计中轻量化和结构复杂性的需求，因此变截面高强钢的应用是未来车身轻量化的重要路径之一。

然而，目前钢结构板件钢板主要的成形方式是辊压成形，即通过轧辊的多道次辊压将一块钢板最终成形为所需的零件形状，这种传统的辊压方法一般只能成形等截面的样件，无法应用于变截面梁类零件加工。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种板料辊压工艺，能够解决传统辊压成形技术无法成形变截面零件的问题。

本发明提供的板料辊压工艺，包括如下步骤：

对板料的第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；

对板料的第一区域施加驱动力，使板料沿长度方向运动；

在板料沿长度方向运动过程中，对板料的第二区域进行加热，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变；其中宽度方向、深度方向以及长度方向相互垂直。

可选地，该板料辊压工艺还包括：确定预设的辊压位移参数。

可选地，确定预设的辊压位移参数的方法包括：

获取关于目标板料被施加压力侧的三维成形路径，三维成形路径为关于第一坐标和/或第二坐标和/或第三坐标的函数关系式；

将三维成形路径分别投影至第一平面与第二平面，得到第一函数和第二函数，其中，第一函数是关于第一坐标与第三坐标之间的函数关系式，第二函数是关于第二坐标与第三坐标之间的函数关系式；

分别对第一函数和第二函数关于第三坐标进行一次求导，获得第一导数和第二导数；

根据第一函数、第二函数、第一导数、第二导数以及第三函数，获得辊压位移参数；其中，第三函数是板料沿长度方向的运动位移与时间的关系式。

可选地，预设的辊压位移参数包括第一坐标参数、第二坐标参数、第一角度参数以及第二角度参数；其中，第一坐标参数是关于第一坐标与时间之间的参数，由第一函数与第三函数的构成的方程组求解获得；第一角度参数是关于第一坐标与时间之间的参数，由第一导数与第三函数构成的方程组求解获得；第二坐标参数是关于第二坐标与时间之间的参数，由第二函数与第三函数的构成的方程组求解获得；第二角度参数是关于第二坐标与时间之间的参数，由第二导数与第三函数构成的方程组求解获得。

可选地，在预设时间内，对第二区域进行加热。

可选地，预设时间的确定方法包括：

根据第一导数、第二导数以及第三函数，确定第一导数不为零时所对应的第一时间段以及第二导数不为零时所对应的第二时间段；

根据第一时间段和第二时间段确定预设时间。

可选地，预设时间是第一时间段与第二时间段的并集。

可选地，在第二区域的宽度方向的形变或深度方向的形变发生改变之前，对第二区域进行加热。

可选地，对第二区域进行加热为对第二区域的变深度区域和/或变宽度区域进行加热。

可选地，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力为多道次作业。

可选地，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力为单道次作业，单道次作业包括正顺序作业和倒顺序作业，其中，倒顺序作业的成形路径是正顺序作业的成形路径的逆路径。

相应地，本发明还提供了一种板料辊压装置，包括:

压料模块，用于对第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；

输料模块，承载压料模块，用于带动压料模块以及固定于压料模块的第一区域沿长度方向运动；

至少一组加热模块，在板料沿长度方向运动过程中，对板料的第二区域进行加热；

至少一组辊压模块，沿长度方向设置于加热模块的下游，用于在板料沿长度方向运动过程中，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变；其中，长度方向、宽度方向以及深度方向相互垂直。

可选地，压料模块包括：固定于输料模块上的横梁、动力杆、沿深度方向设置的上模和下模；其中，

上模能够沿深度方向运动至与下模合模以固定第一区域，且对第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；

动力杆固定于横梁，与上模连接，用于驱动上模沿深度方向运动以使上模和下模合模；

下模承载于输料模块上，输料模块用于带动下模以及动力杆沿长度方向运动。

可选地，动力杆朝向上模的一端固定有连接件，上模可拆卸地连接于连接件。

可选地，动力杆与上模的连接方式，和/或，下模与输料模块的连接方式为可拆卸连接。

可选地，辊压模块包括：

动力单元；

第一机械臂，其一端与动力单元连接，另一端固定辊托架；

成形辊，与辊托架连接；

其中，动力单元为第一机械臂提供动力，用于驱动第一机械臂带动成形辊按照预设的辊压位移参数运动，成形辊用于对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变。

可选地，成形辊包括：上辊和下辊，上辊和下辊均连接于辊托架，上辊和下辊之间具有间隙，用于固定第二区域，上辊和下辊按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力。

可选地，加热模块包括：

底座，固定于地面上，且沿长度方向，底座设置于辊压模块的上游；

加热部件，与底座连接，用于对第二区域进行加热。

可选地，加热模块还包括：第二机械臂，其一端与底座连接，另一端与加热部件连接，用于带动加热部件移动以使加热部件对第二区域的变深度区域和/或变宽度区域进行加热。

可选地，加热部件为感应线圈，用于通电时对第二区域进行加热。

可选地，该板料辊压装置还包括：控制模块，与辊压模块连接，用于控制辊压模块按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力。

可选地，控制模块与输料模块和/或加热模块连接，用于控制输料模块沿长度方向运动，和/或，控制加热模块对第二区域加热。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提供的板料辊压工艺可以实现高强钢板料在深度方向和宽度方向的形状变化，使零件的几何形状更加灵活以适应汽车轻量化的需求；并且由于在辊压成形前对板料进行加热，使得成形后的板料在强度级别、成形质量以及成形几何极限等方面都得到了极大的提高。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的板料辊压工艺的流程图；

图2为本发明一实施例提供的目标板料的形状示意图；

图3为本发明一实施例提供的板料辊压装置的示意图；

图4为本发明一实施例提供的板料辊压装置中压料模块和输料模块的示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明一实施例提供的板料辊压装置中辊压模块的示意图；

图7为本发明一实施例提供的板料辊压装置中成型辊的结构示意图一；

图8为本发明一实施例提供的板料辊压装置中成型辊的结构示意图二；

图9为本发明一实施例提供的板料辊压装置中加热模块的示意图；

图10为为本发明一实施例提供的成形路径与成型辊的位置关系示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的板料辊压工艺，包括：

步骤S1、对板料的第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变。

具体地，对第一区域施加压力以使第一区域得到最终目标形状可以一次作业完成，也可以分为多次作业完成。因此这里所说的第一预设形变既可以是中间某个过程对应的形变，也可以是最终的目标形变，在此不做限制。

步骤S2、对板料的第一区域施加驱动力，使板料沿长度方向运动。

步骤S3、在板料沿长度方向运动过程中，对板料的第二区域进行加热，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变；其中宽度方向、深度方向以及长度方向相互垂直。

具体地，这里所说的板料的第一区域是指板料中间部分，而第二区域则是板料的两侧部分，第一区域与第二区域的形状可以根据所预期得到的目标板料的形状确定。不同于现有技术中利用上下相对设置的辊压轮对板料进行辊压变形并同时带动板料前进，在本实施例中，板料沿长度方向的运动可以借助辊压轮之外的其他设备带动，即板料的运动和辊压是可以通过不同的模块进行的，比如设置输料模块带动板料沿长度方向运动，设置辊压模块对板料的第二区域施加压力以使其产生预设形变，即将板料沿长度方向的运动以及板料被施加压力而产生形变的过程分为两个模块来完成，进而再通过控制辊压模块的辊压位移参数，最终实现被加工板料的截面形状的改变，得到变截面零件。

另外，变截面辊压在常温下容易存在一些质量问题，例如成形板料的强度问题，以及，常温下成形的变截面板料，当材料升到一定温度，由于强度下降，塑形增强，该板料的拉升区域容易开裂、压缩区域也容易出现起皱现象。而本实施例中，由于在对第二区域进行变形之前，对上述第二区域进行了加热处理，高温下，被加工的板料的延展性得以增强。相对于上面提及的常温下辊压成形的板料，利用加热处理之后再进行辊压变形的板料的强度问题以及开裂或者起皱的问题，都可以得到缓解。

进一步地，板料辊压工艺还可以包括：

步骤S0，确定预设的辊压位移参数。

该步骤可以在步骤S1之前进行，也可以在步骤S3之前进行，但考虑到便于工艺实施，一般情况下，在步骤S1之前进行步骤S0。

进一步地，步骤S0可以具体包括：

步骤S01、获取关于目标板料的被施加压力侧的三维成形路径，三维成形路径为关于第一坐标和/或第二坐标和/或第三坐标的函数关系式。

具体地，目标板料是指预期得到的待加工板料被辊压成形后的最终板料。上述三维成形路径为目标板料的第一区域与第二区域的分界线所对应的三维路线。可以以目标板料的其中某个点为坐标原点建立三维坐标系，例如，参考形状为图2所示的目标板料，可以以点O为原点，以目标板料的宽度方向为x轴，深度方向为y轴，长度方向为z轴建立三维直角坐标系。考虑到不同目标板料的截面形状不同，因此该三维成形路径既可以是关于第一坐标、第二坐标以及第三坐标的函数关系式，也可以是与其中某两个坐标或者某个坐标的相关的函数关系式。在具体实施时，首先可以根据目标板料的形状建立数学模型，再从该数学模型中提取出被施加压力侧的三维成形路径。其中，第一坐标、第二坐标以及第三坐标可以相应于三维坐标系中的x、y、z坐标。

通常情况下，目标板料的第一区域与第二区域的左右两侧交界处具有两条三维成形路径L1和L2(如图2所示)，针对每条三维成形路径都可以利用相同的方法确定相应的辊压位移参数。值得注意的是，关于与这两条三维成形路径L1和L2相应的辊压位移参数的求解可以在同一个坐标系中计算求取，也可以在不同的坐标系中计算求取。比如，如图2所示，可以在同一个坐标系o-xyz坐标系下进行计算获得L1和L2各自相应的辊压位移参数；也可以以o₁为原点，建立另一个坐标系o₁-x₁y₁z₁,在o-xyz坐标系中求解成形路径L1对应的辊压位移参数，在o₁-x₁y₁z₁坐标系中求解成形路径L2相对应的辊压位移参数。

步骤S02、将三维成形路径分别投影至第一平面与第二平面，得到第一函数和第二函数，其中，第一函数是关于第一坐标与第三坐标之间的函数关系式，第二函数是关于第二坐标与第三坐标之间的函数关系式。

也就是说，第一平面是由第一坐标与第三坐标构成的平面，而第二平面则是由第二坐标和第三坐标构成的平面，且第一平面与第二平面相互垂直。以第一坐标、第二坐标、第三坐标分别为三维坐标系中的x、y、z为例，三维成形路径为f(x,y,z)＝0，第一平面为xoz平面，第二平面为yoz平面，将三维成形路径f(x,y,z)＝0投影至第一平面，使第二坐标为零，得到第一函数x(z)，即f(x,0,z)＝0，即第一函数只是关于第一坐标和/或第三坐标的函数，与第二坐标无关；相应地，将三维成形路径投影至第二平面，使第一坐标为零，可以得到第二函数y(z)，即f(0,y,z)＝0，第二函数只是关于第二坐标和/或第三坐标的函数，与第一坐标无关。

值得注意的是，成形路径由零件的几何形状决定，其在空间上是一条连续的曲线。在具体实施时，为了能够控制机械臂对板料的辊压成形轨迹，必须将该成形路径进行量化然后再输入控制模块等以便于控制模块通过控制机械臂实现对板料变形的精准辊压。具体地，可以将该连续曲线分别对y-z平面和x-z平面进行投影，这样就将三维空间的曲线分别映射到二维平面上，然后可以分别将在x-z平面和y-z平面的曲线坐标等参数输入给控制模块，控制模块将两个平面的信息进行整合给机械臂发出指令，控制机械臂的动作对板料进行成形。因为位移是矢量，x-z平面和y-z平面位移的和就是三维空间的位移。

步骤S03、分别对第一函数和第二函数关于第三坐标进行一次求导，获得第一导数和第二导数。

如图10所示，成形辊从零件一端运动到另一端为一个成形道次，在成形过程中，成形辊的轴线始终与路径切线垂直。即成形辊运动为直线时，成形辊只用调整坐标位移即可；而在成形弧线时，成形辊不但要做位移的刚性运动，为了适应弧度变化，还必须时刻调整前进的角度θ，即成型辊的偏转角度，具体地，因为第一函数是成型辊的三维成形路径在第一平面上的投影，即第一函数关于第一坐标(以x为例)与第三坐标(以z为例)之间的函数关系式，因此成型辊在yoz平面内的转动(即成型辊绕x轴的转动)可以通过第一函数对第三坐标一次求导获得，即成型辊在yoz平面内的转动角度为x(z)对z求一次导所得的第一导数x'_z(z)；相同地，第二函数是成型辊的三维成形路径在第二平面上的投影，即第二函数是关于第二坐标(以y为例)与第三坐标之间的函数关系式，成型辊在xoz平面内的转动角度(即成型辊绕y轴的转动角度)可以通过第二函数对第三坐标一次求导获得，即成型辊在xoz平面内的转动角度为y(z)对z求一次导所得的第二导数y'_z(z)。

步骤S04、根据第一函数、第二函数、第一导数、第二导数以及第三函数，获得辊压位移参数；其中，第三函数是板料沿长度方向的运动位移与时间的关系式。具体的，第三函数的关系式可以为z＝Vt (0)

其中，z代表板料在长度方向上的位移，V代表板料沿长度方向的运动速度，t代表时间。

进一步地，预设的辊压位移参数可以包括第一坐标参数、第二坐标参数、第一角度参数以及第二角度参数；其中，第一坐标参数和第一角度参数均是关于第一坐标与时间的参数，第一坐标参数可以由第一函数与第三函数的构成的方程组求解获得；而第一角度参数则可以通过第一导数与第三函数构成的方程组求解获得；第二坐标参数和第二角度参数均是关于第二坐标与时间的参数，第二坐标参数可以由第二函数与第三函数的构成的方程组求解获得，而第二角度参数则可以由第二导数与第三函数构成的方程组求解获得。

仍以图2所示的目标板料为例，假如其左侧的三维成形路径L1的函数式为

其右侧的三维成形路径L2的函数式为

x²+y²+xz+yz-z²＝0 (2)

例如取板料沿长度方向运动的速度为1，则第三函数为z＝t (0-1)

将L1分别投影至xoz平面，得到第一函数：

x＝0 (3)

将L1分别投影至yoz平面，得到第二函数：

分别对第一函数和第二函数关于第三坐标求一次导，即分别对式(3)和式(4)关于z求一次导数，得，第一导数：

x’＝0 (3-1)

第二导数：

2z·z'+y’·z'-2＝0(0≤z≤9)，y’＝0(z≥9) (4-1)

将第一函数、第二函数、第一导数、第二导数以及第三函数联立构成方程组，当0≤z≤9时，方程组为：

当z≥9时，方程组为：

求解上述方程组，解得，第一坐标参数为x_L＝0；第二坐标参数为y_L＝2t-t²(0≤t≤9)，y_L＝-63(t≥9)；第一角度参数为α＝x’＝0；第二角度参数为β＝y’＝2-2t(0≤t≤9)，β＝y’＝0(t≥9)。

同理，按照同样的思路可以求得右边三维成形路径L2相应的第一坐标参数为第二坐标参数为/>以及相应的第一角度参数和第二角度参数。

这样，根据时间的变化，可以得到左右两侧相应各个点的坐标值以及成型辊的转动角度，即可以实现在相应的时间点对第二区域左右两侧相应的位置施加压力是指产生相应形变，从而得到变截面的目标板料。

具体地，对第二区域进行加热，可以是在整个变形过程中都对第二区域进行加热，也可以是在特定阶段，比如，在待加工板料的第二区域的宽度方向的形变或深度方向的形变发生改变之前，对第二区域进行加热，以节约能源、减少成本。进一步地，可以是对整个第二区域进行加热，也可以只针对第二区域中的变深度区域和/或变宽度区域进行加热，这里的变深度区域和变宽度区域分别是指深度方向的形变发生改变的区域以及宽度方向的形变发生改变的区域，以进一步节约能源，降低成本。

进一步地，可以在预设时间内对第二区域进行加热。具体地，确认预设时间的方法包括：

根据第一导数、第二导数以及第三函数，确定第一导数不为零时所对应的第一时间段以及第二导数不为零时所对应的第二时间段；

根据第一时间段和第二时间段确定预设时间。

进一步地，预设时间为第一时间段与第二时间段的并集。

进一步地，对第二区域的加热过程还可以具体为按照预设的加热位移参数，在预设时间内，对第二区域进行加热。这里的预设的加热位移参数与预设的辊压位移参数大体一致，只是时间略有差异，预设的加热位移参数是在预设的辊压位移参数的基础上，将预设的辊压位移参数中的时间t变为原来的时间t减去一个特定值，该特定值为辊压道次与加热道次之间的距离与板料沿长度方向运动速度的比值。换句话说就是，加热的位置并不是固定不变的，而是可以沿加热位移路径进行移动，且对第二区域进行加热的位移路径与对第二区域进行施压辊压变形的路径是一致的，只是加热位移路径的开始时间提前于辊压变形路径的开始时间，该提前的时间值具体为辊压道次与加热道次之间的距离与板料沿长度方向运动速度的比值。

具体地，仍以图2的目标板料形状为例，如上所说，已求解得该目标板料形状左右两侧三维路径所对应的辊压位移参数，现在进一步求解左右两边加热过程所分别对应的预设时间。

第一导数与时间的关系式为：x’＝0，第二导数与时间的关系式为：y’＝2-2t(0≤t≤9)，y’＝0(t≥9)。第一导数不为0对应的第一时间段为空集，与第二导数不为0相应的第二时间段为0≤t≤9，因此左边的预设时间为0≤t≤9。可以按照同样的思路求解右边L2路径对应的加热时间。

进一步地，当第二区域的温度达到预设值时，停止加热。这样可以避免过多耗费能源。具体地，可以利用红外测温仪等测温仪器对被加热的第二区域的温度进行测量。进一步的可以将温度信息反馈至控制系统，当温度达到阈值时，控制系统控制加热模块停止加热。

进一步地，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力可以为多道次作业，也可以为单道次作业。其中多道次作业是指沿板料运动的长度方向设置相同的加工工艺，每道加工工艺均对板料的第二区域进行施压形变，已达到最终的目标形变，这多道次作业的辊压位移参数除开始的时间上略有差异之外，其余的大致相同，具体的，相邻两道次作业中，下一道次作业的开始时间与上一道次作业的结束时间的时间差为两道次之间的距离与板料沿长度方向运动速度的比值。可选地，单道次作业包括正顺序作业和倒顺序作业，当按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力为单道次作业时，倒顺序作业的成形路径是正顺序作业的成形路径的逆路径。

值得注意的是，本辊压工艺的关键是需要满足板料沿长度方向的运动速度和每道次辊压中的辊压位移相匹配，才能实现零件的精确成形。首先可以利用压料模块对第一区域施加压力将其压住，并将压住的第一区域固定成零件在深度方向的轮廓，然后可以利用成形辊对板料的第二区域两边逐次进行向上弯曲，直到成形出零件的形状，成形辊与第二区域件的相对轨迹就是上下模的边缘线。从相对运动来看，假设压料模块压住的板料的第一区域是不动的(实际是匀速前进的)，那么每一道次成形辊成形的轨迹在空间上都要与边缘线一致。由于在辊花工艺(决定每一道次弯曲角度)设计时是按照零件截面的某一端面来设计，因此要保证零件在任何一个变化截面的位置都能够弯曲同样的角度，成形辊必须按照零件底面边缘的轮廓线作为前进路径相对板料进行运动，包括位置的变化和角度的变化。

本发明提供的板料辊压工艺，是通过多道次的横向弯曲使材料弯曲到零件的形状。其与传统的辊压工艺不同，在传统的辊压工艺中成形辊是不动的，而本发明中的板料辊压工艺的成形辊可以在任一成形道次时沿着零件的形状进行移动，从而实现变截面零件辊压成形的目的。

即本发明提供的板料辊压工艺可以实现高强金属材质零件在深度方向和宽度方向的形变变化，使零件的几何形状更加灵活，满足了汽车轻量化的需求；另外，由于在板料辊压成形前采用温热成形对板料的第二区域的局部位置进行加热，与常温下的成形相比，温热成形的板料在强度级别、成形质量以及成形几何极限等方面都得到极大的提高。

相应地，如图3所示，本发明实施例还提供了一种板料辊压装置，包括：

压料模块1，用于固定板料的第一区域，并对第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向(图3中Y方向所示)产生第一预设形变；

输料模块2，承载压料模块1，用于带动压料模块1以及固定于压料模块1的第一区域沿长度方向(图3中Z方向所示)运动；

至少一组加热模块3，在板料沿长度方向运动过程中，对板料的第二区域进行加热；

至少一组辊压模块4，沿长度方向设置于加热模块3的下游，用于在板料沿长度方向运动过程中，按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向(图5中X方向所示)和/或深度方向产生第二预设形变；其中，长度方向、宽度方向以及深度方向相互垂直。

具体地，压料模块1和输料模块2可以设置在一个机架上，输料模块2托着压料模块1沿长度方向运动；该板料辊压装置还可以包括沿长度方向延伸设置的轨槽，输料模块2在轨槽上运动。每组辊压模块4中辊压模块的数量可以为两个，分布在轨槽的两旁，左右两边为一组，工作时称为一个成形道次，可以根据需要设置多组辊压模块4，等距离设置在轨槽两边；加热模块3也可以分布在轨槽的两旁，左右两边为一组，每一个辊压模块4在沿板料长度方向运动的上游位置配备一个加热模块3。

可选地，如图4和图5所示，压料模块1可以包括横梁13、动力杆14、上模11和下模12。横梁13固定于输料模块2上，进一步，横梁13可以承载于输料模块2的中部位置；动力杆14固定于横梁13，且动力杆14与上模11连接，用于驱动上模11沿深度方向运动以使上模11和下模12合模；上模11和下模12沿深度方向设置，且上模11能够沿深度方向运动以使上模11与下模12合模从而固定第一区域，且对第一区域施加压力以使第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；下模12承载于输料模块2上，输料模块2可以带动下模12、动力杆14以及与动力杆14连接的上模11还有固定于上模11和下模12之间的板料沿长度方向运动。可选地，上模11可拆卸地连接在动力杆14上，和/或，下模12可拆卸地连接于输料模块2上，这样便于生产过程中上、下模的清理以及替换。

输料模块2包括与压料模块1一体的输送车以及作为轨道的丝杠22和轨槽。输送车套设于丝杠22上，由电机21驱动，在丝杠22上移动，输送车下部有小轮，可以在轨槽里滚动，轨槽起辅助的支撑和导向的作用。

具体地，输料模块2和压料模块1可以形成为一个整体，输料模块2托着压料模块1以丝杠22为轴运动。压料模块1中的动力杆14可以为液压杆，沿长度方向排列设置，液压杆承载着上模11，当上、下模合模时，由液压杆为上模11提供合模压力，从而可以实现零件至少在深度方向的变截面成形。在具体实施时，上模11和下模12的模面按照所需成形零件设计，上、下模具可以自由在模块上装卸，这样当进行不同变截面的零件成形时，只需要替换掉原来的上、下模即可，其余模块可以继续利用，提高了装置的适用性，在一定程度上节约了成本。并且上模11和下模12采用拆卸连接，替换时操作简便，进一步提高了工作效率。可选地，为了更方便的对上模11进行拆卸，动力杆14朝向上模11的一端还可以固定有连接件，上模11可拆卸地连接于连接件上。

参考图6，辊压模块4可以包括动力单元41、第一机械臂42、成形辊43以及辊托架44。动力单元41为第一机械臂42提供动力；第一机械臂42的一端与动力单元41连接，其另一端固定辊托架44；成形辊43与辊托架44连接。其中，动力单元41用于驱动第一机械臂42带动成形辊43按照预设的辊压位移参数运动，成形辊43用于在第一机械臂42的带动下对第二区域施加压力以使第二区域在宽度方向和/或深度方向产生第二预设形变。可选地，该辊压模块4还可以包括固定于地面的底座，动力单元41可以设置于底座上。

具体地，辊托架44可以起到支撑成形辊43的作用，通过螺栓将成形辊43固定在辊托架44上，可以便于实现不同结构的成形辊43的装配。这里的第一机械臂42可以多组液压杆组成，通过液压杆的伸缩来实现第一机械臂的动作，具体地，第一机械臂42具有5个方向的自由度，分别为两个线位移(x轴，y轴)和三个旋转位移(x轴旋转，y轴旋转，z轴旋转)，并且这5种分位移可以实时组合以实现复杂的位移动作。动力单元41可以为液压杆提供动力，来实现第一机械臂42的运动。

在具体实施时，辊压模块4中的成形辊43和传统辊压类似，通过用自转成形辊的边缘区接触板料来实现板料的横向弯曲，成形辊43的结构可以根据所需零件的形状设计不同的结构。比如，成形辊43可以为图7所示的结构，包括上辊431和下辊432，其中，上辊431和下辊432均连接于辊托架44，上辊431和下辊432之间具有间隙，用于固定第二区域，上辊431和下辊432可以在第一机械臂42的带动下按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力。或者，成形辊43还可以为如图8所示的结构，成形辊43为单个圆柱形棍，在第一机械臂42带动下利用其边缘按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力。

可选地，参考图9，加热模块3可以包括底座31和与底座31相连接的加热部件33；其中，底座31固定在地面上，且沿长度方向，底座31设置于辊压模块4的上游，加热部件33可以为感应线圈，通电时对第二区域进行加热。进一步地，为更好的掌握对板料加热的温度，加热模块还可以包括设置于加热部件33下游的测温仪34，且测温仪34沿深度方向设置于加热部件33的上方，用于测量被加热的第二区域的温度，该测温仪34可以为红外测温仪。

进一步地，加热模块3还可以包括第二机械臂32，第二机械臂32的一端与底座31连接，另一端与加热部件33连接，用于带动加热部件33移动以对第二区域的变深度区域和/或变宽度区域进行加热。具体地，第二机械臂32可以为液压杆，通过控制加热组件33按照预设的加热位移参数移动以使加热组件33对第二区域的变深度区域和变宽度区域进行加热，即加热组件33的运动路径与成形辊43的的运动路径相同，不过加热组件33运动的开始时间提前于成形辊43的运动开始时间，该提前的时间值具体为加热模块3与辊压模块4之间的距离与输料模块2沿长度方向的运动速度的比值。由于只是按照预设的加热位移参数对板料的局部进行加热，因此在成形过程中温降也较快，所以需要在每一道次辊压前对板料进行升温。

另外，加热的板料的局部对象根据工艺需要进行，可以采用对板料边部全部区域进行加热，也可以采用对边部重点位置进行加热，重点加热部位包括：变深度区域、变宽度区域、有起皱和开裂趋势的区域等。

具体地，加热模块3配置在辊压模块4的来料侧，板料在进入辊压模块4前先通过加热模块3对板料进行局部加热。感应线圈是板料加热的主要装置，通过高通量的磁感线穿过板料来对板料迅速升温；第二机械臂由于载荷较小，且不与板料接触，可以用电机驱动以控制感应线圈的动作，对需要加热的局部板料进行加热，该第二机械臂同样具有5个方向自由度，分别为两个线位移(x轴，y轴)和三个旋转位移(x轴旋转，y轴旋转，z轴旋转)，感应线圈的动作与辊压成形的动作一致，两者存在一个时间差。红外测温仪可以设置在感应加热出口处，用来测量加热后板料的温度，即进入辊压模块前的温度,入料温度根据不同材料、工艺不同而不同，一般情况下入料温度范围为400-650℃。

可选地，参考图3，该板料辊压装置还可以包括控制模块5，与辊压模块4连接，用于控制辊压模块4按照预设的辊压位移参数对第二区域施加压力。具体地，为了能够控制辊压模块4中第一机械臂42对板料的辊压成形轨迹，必须将先该成形路径进行量化(即将三维成形路径变为二维的辊压位移参数)然后才能通过控制模块5进行路线控制，这样便于控制模块5通过控制第一机械臂实现对板料变形的精准辊压。即控制模块5内存储有辊压位移参数，控制模块5将两个二维平面的辊压位移参数信息进行整合然后给第一机械臂42发出指令，控制第一机械臂42的动作以对板料进行成形作业。

进一步地，该控制模块5还可以与输料模块2和/或加热模块3连接，用于控制输料模块2的运动，以及控制加热模块3对第二区域进行加热。具体地，在加热模块3中，控制模块5对第二机械臂32的控制过程与控制模块5对辊压模块4中第一机械臂42的控制过程相同，故在此不做赘述。另外，在加热过程中，还可以通过测温仪34将温度参数反馈给控制模块5，由控制模块5控制感应线圈的感应电流，从而控制板料的入料温度。

具体地，控制模块5可以控制各个模块的运动，通过编程统一调度，包括驱动上模11的动力杆14运动、输送模块2的输送车的运动、加热模块3和辊压模块4在五个自由度的运动，控制模块能在统一时序的条件下进行控制。值得注意的是，第一、第二机械臂的动作必须和输送模块2的动作匹配，即必须在统一时间轴上进行控制，才能实现控制模块5对各个模块的协调控制。其中，关于板料成形路径和输送模块前进信号的处理可以具体为：将三维成形路径曲线分别投影到x-z平面和y-z平面，得到该曲线在x-z平面和y-z平面的分量，即得到x和y关于z轴的函数，表示为x(z)和y(z)函数，同时板料在长度方向的速度(即沿z轴的速度)通过控制模块5进行输入，其控制参数为输料模块在长度方向位移(即板料沿z轴位移)与时间t的函数，即z(t)，板料的输送速度一般为定值V，因此z(t)函数为线性，表示为z(t)＝Vt。将x(z)、y(z)、x'_z(z)以及y'_z(z)分别与z(t)联合求解，可以得到成型辊在xoz平面和yoz平面的曲线坐标和角度参数x(t)、y(t)、α(t)和β(t),将x(t)、y(t)、α(t)和β(t)的函数信号输入给控制模块，这样可以在同一时间轴上完成对机械臂的控制，并使各个道次的零件的弯曲角度都能一致，使机械臂沿预定路线进行移动以成形板料的最终形状。

本发明提供的板料辊压装置，继承了传统辊压成形的优点，能够成形的金属强度高且对设备的吨位要求不高，并且可以根据实际情况灵活的安排辊压模块的数量。由于输料模块能够沿长度方向往复运动，因此即使是一套辊压模块也可以实现多道次的辊压成形。另外，本装置模具的适用性很强，一套成形辊模具可以成形多种几何形状的零件，不用频繁的更换成形辊，也不用像冲压那样一个零件配备一套模具，降低了生产设备的成本。

以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种板料辊压工艺，其特征在于，包括以下步骤：

对所述板料的第一区域施加压力以使所述第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；所述第一区域为所述板料的中间部分；

对所述板料的第一区域施加驱动力，使所述板料沿长度方向运动；

在所述板料沿所述长度方向运动过程中，对所述板料的第二区域进行加热，按照预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力以使所述第二区域在宽度方向和/或所述深度方向产生第二预设形变；其中所述宽度方向、所述深度方向以及所述长度方向相互垂直；所述第二区域为所述板料的两侧部分；

其中，确定所述预设的辊压位移参数的方法包括：

获取关于目标板料被施加压力侧的三维成形路径，所述三维成形路径为关于第一坐标和/或第二坐标和/或第三坐标的函数关系式；

将所述三维成形路径分别投影至第一平面与第二平面，得到第一函数和第二函数，其中，所述第一函数是关于所述第一坐标与所述第三坐标之间的函数关系式，所述第二函数是关于所述第二坐标与所述第三坐标之间的函数关系式；

分别对所述第一函数和所述第二函数关于所述第三坐标进行一次求导，获得第一导数和第二导数；

根据所述第一函数、所述第二函数、所述第一导数、所述第二导数以及第三函数，获得辊压位移参数；其中，所述第三函数是所述板料沿所述长度方向的运动位移与时间的关系式；

所述预设的辊压位移参数包括第一坐标参数、第二坐标参数、第一角度参数以及第二角度参数；其中，所述第一坐标参数是关于所述第一坐标与时间之间的参数，由所述第一函数与所述第三函数的构成的方程组求解获得；所述第一角度参数是关于所述第一坐标与时间之间的参数，由所述第一导数与所述第三函数构成的方程组求解获得；所述第二坐标参数是关于所述第二坐标与时间之间的参数，由所述第二函数与所述第三函数的构成的方程组求解获得；所述第二角度参数是关于所述第二坐标与时间之间的参数，由所述第二导数与所述第三函数构成的方程组求解获得。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在预设时间内，对所述第二区域进行加热。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述预设时间的确定方法包括：

根据所述第一导数、所述第二导数以及所述第三函数，确定所述第一导数不为零时所对应的第一时间段以及所述第二导数不为零时所对应的第二时间段；

根据所述第一时间段和所述第二时间段确定所述预设时间。

4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述预设时间是所述第一时间段与所述第二时间段的并集。

5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在所述第二区域的所述宽度方向的形变或所述深度方向的形变发生改变之前，对所述第二区域进行加热。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述对所述第二区域进行加热为对所述第二区域的变深度区域和/或变宽度区域进行加热。

7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述按照预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力为多道次作业。

8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述按照预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力为单道次作业，所述单道次作业包括正顺序作业和倒顺序作业，其中，所述倒顺序作业的成形路径是所述正顺序作业的成形路径的逆路径。

9.一种板料辊压装置，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的工艺，所述装置包括:

压料模块，用于对所述板料的第一区域施加压力以使所述第一区域至少在深度方向产生第一预设形变；所述第一区域为所述板料的中间部分；

输料模块，承载所述压料模块，用于带动所述压料模块以及固定于所述压料模块的所述第一区域沿长度方向运动；

至少一组加热模块，在所述板料沿所述长度方向运动过程中，对所述板料的第二区域进行加热；所述第二区域为所述板料的两侧部分；

至少一组辊压模块，沿所述长度方向设置于所述加热模块的下游，用于在所述板料沿所述长度方向运动过程中，按照预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力以使所述第二区域在宽度方向和/或所述深度方向产生第二预设形变；其中，所述长度方向、所述宽度方向以及所述深度方向相互垂直；

控制模块，与所述辊压模块连接，用于控制所述辊压模块按照预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力；

所述压料模块包括：固定于所述输料模块上的横梁、动力杆、沿所述深度方向设置的上模和下模；其中，

所述上模能够沿所述深度方向运动至与所述下模合模以固定所述第一区域，且对所述第一区域施加压力以使所述第一区域至少在所述深度方向产生所述第一预设形变；

所述动力杆固定于所述横梁，与所述上模连接，用于驱动所述上模沿所述深度方向运动以使所述上模和所述下模合模；

所述下模承载于所述输料模块上，所述输料模块用于带动所述下模以及所述动力杆沿所述长度方向运动；

所述辊压模块包括：

动力单元；

第一机械臂，其一端与所述动力单元连接，另一端固定辊托架；

成形辊，与所述辊托架连接；

其中，所述动力单元为所述第一机械臂提供动力，用于驱动所述第一机械臂带动所述成形辊按照所述预设的辊压位移参数运动，所述成形辊用于对所述第二区域施加压力以使所述第二区域在宽度方向和/或所述深度方向产生所述第二预设形变。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述动力杆朝向所述上模的一端固定有连接件，所述上模可拆卸地连接于所述连接件。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述动力杆与所述上模的连接方式，和/或，所述下模与所述输料模块的连接方式为可拆卸连接。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述成形辊包括：上辊和下辊，所述上辊和所述下辊均连接于所述辊托架，所述上辊和所述下辊之间具有间隙，用于固定所述第二区域，所述上辊和所述下辊按照所述预设的辊压位移参数对所述第二区域施加压力。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热模块包括：

底座，固定于地面上，且沿所述长度方向，所述底座设置于所述辊压模块的上游；

加热部件，与所述底座连接，用于对所述第二区域进行加热。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述加热模块还包括：第二机械臂，其一端与所述底座连接，另一端与所述加热部件连接，用于带动所述加热部件移动以使所述加热部件对所述第二区域的变深度区域和/或变宽度区域进行加热。

15.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述加热部件为感应线圈，用于通电时对所述第二区域进行加热。

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块与所述输料模块和/或所述加热模块连接，用于控制所述输料模块沿所述长度方向运动，和/或，控制所述加热模块对所述第二区域加热。