CN114535429A - 一种汽车钣金加工辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车钣金加工辅助装置，属于渐进成型领域。该装置包括：工具头，用于对钣金进行成型加工；以及，用于驱动所述工具头转动的第三驱动电机；其中，所述工具头具有一用于容纳润滑油的内腔，所述内腔的侧壁上周向开设有若干用于容纳所述润滑油通过的泄流孔。本发明通过第三驱动电机带动工具头高速旋转，工具头与钣金件之间的摩擦生热，将局部温度快速提升，有利于材料的成型能力；可以使材料塑性变形阻力大大降低，从而降低加工能耗，同时还可以改善产品加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及渐进成型领域，特别涉及一种汽车钣金加工辅助装置。
背景技术
金属板料渐进成型技术是将复杂三维形状分解成一系列等高线层，成型工具沿着等高线运动，在二维层面上进行塑性加工。渐进成型系统包括成型工具、导向装置、芯模和机床基体。成型工具在数控系统的控制下进行运动，芯模起支撑板料的作用。成型时，首先将被加工板料置于一个通用芯模上，在托板四周用压板夹紧板料， 该托板可沿导柱上下滑动。然后，将该装置固定在三轴联动的数控成型机上，加工时，成型工具在指定位置，按设定压下量对板料施加压力，然后根据系统指令，以第一层轮廓等高线轨迹运动，对板料进行渐进塑性加工。完成第一层轮廓以后，成型工具压下设定的高度，按第二层轮廓要求运动，如此重复，直到整个工件成型完成。
渐进成形是一种新兴的板料成形技术，在汽车和医疗两个领域有着良好的发展前景，在过去几年得到了极大的关注。对于渐进成形的成形工艺、成形精度、成形性能、成形质量等方面都有很多的研究。但绝大多数研究都是基于工具头不转动情况下进行的研究，而对于工具头转动渐进成形的相关研究比较少见。
现代汽车工业中，对于镁合金、铝合金等金属板材的应用越来越广泛，其强度高、质量低，非常适合汽车工业。而在渐进成形中，对于多种镁合金和铝合金等难加工金属材料，一般需要使用外部热源设备对其加热以提高其成形性能，在实际生产中设计制造外部热源较为复杂，不易实施，从而导致镁铝合金等金属板材在成型时经常发生破裂、褶皱等缺陷。
发明内容
本发明提供一种汽车钣金加工辅助装置，可以解决现有技术中在对镁和/或铝合金进行渐进成型工艺时经常发生破裂、褶皱等缺陷的问题。
一种汽车钣金加工辅助装置，用于钣金的工具头转动渐进成型工艺，包括：
工具头，用于对钣金进行成型加工；以及，
用于驱动所述工具头转动的第三驱动电机；其中，
所述工具头具有一用于容纳润滑油的内腔，所述内腔的侧壁上周向开设有若干用于容纳所述润滑油通过的泄流孔。
更优地，还包括压块，所述压块可滑动地设置在所述内腔内，所述压块在重力作用下用于对润滑油进行加压。
更优地，还包括滚珠，所述内腔的侧壁上对应所述泄流孔的位置开设有弧形的滚槽，所述滚槽的延伸轨迹自下而上向周侧延伸后向所述内腔方向靠拢；
所述滚槽能够对所述滚珠限位，当所述滚珠位于所述滚槽的最底端时，所述滚珠封堵所述泄流孔。
更优地，还包括进给装置和同步装置，所述进给装置包括第一驱动电机、第一驱动螺杆和第一驱动块，所述同步装置包括第一同步杆、第一支撑块和滑杆；
所述第一驱动电机用于带动所述第一驱动螺杆转动，所述第一驱动块上开设有与所述第一驱动螺杆相配合的螺纹孔；
所述第一同步杆的一端固定连接至所述第一驱动块，所述第一支撑块上开设有用于容纳所述第一同步杆的第一同步孔和用于容纳所述滑杆的第二同步孔，所述滑杆与所述第一驱动螺杆之间形成一夹角；所述第一同步杆可滑动地设置在所述第一同步孔内、所述滑杆可滑动地设置在所述第二同步孔内；其中，
所述第三驱动电机固定连接至所述第一支撑块。
更优地，所述同步装置为两个，两个所述同步装置对称设置在所述第一驱动块的两侧。
更优地，还包括进给装置、同步装置和调节装置；
所述进给装置包括第一驱动电机、第一驱动螺杆和第一驱动块；
所述同步装置包括第一同步杆、第一支撑块、第二支撑块和滑杆；
所述调节装置包括第二驱动电机、第二驱动螺杆、驱动螺套和滑套；其中，
所述第一驱动电机用于带动所述第一驱动螺杆转动，所述第一驱动块上开设有与所述第一驱动螺杆相配合的螺纹孔；
所述第一同步杆的一端固定连接至所述第一驱动块；所述第二支撑块可转动地设置在所述第一支撑块上，所述第一支撑块上开设有用于容纳所述第一同步杆的第一同步孔，所述第二支撑块上开设有用于容纳所述滑杆的第二同步孔；所述第一同步杆可滑动地设置在所述第一同步孔内、所述滑杆可滑动地设置在所述第二同步孔内；
所述第二驱动电机用于带动所述第二驱动螺杆转动，所述驱动螺套上开设有与所述第二驱动螺杆相配合的螺纹孔，所述驱动螺套远离所述第二驱动螺杆的一端铰接至所述滑套上，所述滑套上开设有用于容纳所述滑杆的第三同步孔，所述滑杆的一端可滑动地设置在所述第三同步孔内；
所述第三驱动电机固定连接至所述第二支撑块。
更优地，所述同步装置与所述调节装置一一对应，所述同步装置和所述调节装置均为两个，两个所述同步装置和两个所述调节装置均对称设置在所述第一驱动块的两侧。
更优地，所述第二驱动电机为一个且为双向电机，两个所述第二驱动螺杆的一端分别驱动连接至所述双向电机的两个输出端。
本发明提供一种汽车钣金加工辅助装置，通过第三驱动电机带动工具头高速旋转，工具头与钣金件之间的摩擦生热，将局部温度快速提升，有利于材料的成型能力；通过工具头的内腔内设置润滑油，在工具头旋转时，一方面润滑油在离心力作用下从内腔中甩出冲击在钣金件表面，使钣金件产生振动，可以使材料塑性变形阻力大大降低，从而降低加工能耗，同时还可以改善产品加工质量，另一方面，润滑油的存在会使得摩擦所产生的热量可以向工具头与钣金件的接触点的周边快速传递热量，避免单点温度过高而周侧温度较低时，温差过大所引起的热胀冷缩不均，导致钣金件发生裂变。
附图说明
图1为本发明提供的一种汽车钣金加工辅助装置结构示意图；
图2为本发明提供的一种汽车钣金加工辅助装置的工作状态示意图；
图3为图2中A处局部放大图；
图4为图1中工具头的剖面结构示意图一；
图5为图1中工具头的剖面结构示意图二；
图6为图1中工具头的剖面结构示意图三。
附图标记说明：
10 第一驱动电机；11 第一驱动螺杆；12 第一驱动块；13 第一同步杆；14 第一支撑块；20 第二驱动电机；21 第二驱动螺杆；22 驱动螺套；23 滑套；24 滑杆；25 第二支撑块；30 第三驱动电机；31 工具头；32 滚珠；312 滚槽；311 泄流孔；33 压块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供的一种汽车钣金加工辅助装置，用于钣金的工具头31转动渐进成型工艺，具体的，应用于难以塑性成型的镁合金或铝合金或镁铝合金，该辅助装置具体包括：
工具头31，其前端为球形端面，用于对钣金进行成型加工；以及，
用于驱动工具头31转动的第三驱动电机30；其中，
工具头31具有一用于容纳润滑油的内腔，内腔的侧壁上周向开设有若干用于容纳润滑油通过的泄流孔311。
工作时，第三驱动电机30会带动工具头31快速旋转，工具头31和钣金件之间摩擦生热，由于工具头31的快速旋转，位于内腔中的润滑油受到离心力的作用，会通过泄流孔311流出，如图2所示，当钣金件发生形变时，润滑油从泄流孔311中甩出，对钣金件在不同方向上的冲击力是不同的，因此润滑油冲击钣金件时会使钣金件材料发生振动，从而降低材料的塑性变形阻力；当工具头31与钣金件之间高速转动摩擦产生热量，使局部温度迅速升高，使钣金件局部与其他部位之间温差急剧变化，使材料容易由于热胀冷缩以及不同温度部位的塑性变形能力的不同而导致撕裂，而本实施例中，由于润滑油的存在，润滑油甩出后会在工具头31周侧集聚润滑油，使得局部热量会通过润滑油的作用而传递到周侧，由于润滑油的流动性，使得温度可以实现渐变变化，从而提高成型效果。
进一步的，还包括压块33，压块33可滑动地设置在内腔内，压块33在重力作用下用于对润滑油进行加压。由于随着润滑油的不断消耗，内腔中压力的降低，将使得润滑油喷出的效果降低，而通过在内腔中设置压块33，润滑油消耗后，压块33在重力作用下下滑，使得润滑油仍旧能够保持一定的压力，从而提高润滑油甩出的效果。
实施例二：
在实施例一中，由于润滑油连续喷射所行成的振动效果有限，当润滑油呈间接喷射（也即喷射一定时长后暂停一定市场而后继续喷射一定时长）时，可以达到更好的振动效果，也有利于实现固定的频率，从而降低塑性阻力。
因此在实施例一的基础上，如图4至图6，本实施例还包括滚珠32，内腔的侧壁上对应泄流孔311的位置开设有弧形的滚槽312，滚槽312的延伸轨迹自下而上向周侧延伸后向内腔方向靠拢；
滚槽312能够对滚珠32限位，滚槽312具有一定的深度，滚珠32能够沿着滚槽312滚动，泄流孔311贯通至滚槽312的下端，当滚珠32位于滚槽312的最底端时，滚珠32封堵泄流孔311。
工作时，初始状态下，滚珠32由于重力作用，位于滚槽312的底端，滚珠32封堵泄流孔311，润滑油无法流出，当工具头31转动，滚珠32受到离心力的作用，向四周运动，从而会沿着滚槽312向上滚动，而随着滚珠32不断向上，滚珠32和泄流孔311之间产生间隙，润滑油通过间隙和泄流孔311流出工具头31的内腔，从而位于上方的润滑油会产生流动，向下、向泄流孔311方向流动，而根据伯努利原理，流速越大时，压力越小，由于滚珠32上方的润滑油几乎不产生流动而位于滚珠32下方的润滑油快速从泄流孔311处流出，因此滚珠32上方的压力大于滚珠32下方的压力，迫使滚珠32向下移动，从而再次封堵泄流孔311，而当泄流孔311封堵住后，润滑油不再流动，滚珠32在离心力作用下又再次重复上述动作过程，最终实现润滑油在一定方向、以一定频率和振幅对钣金件产生冲击，从而达到最佳的成型效果。
实施例三：
由于数控设备造价昂贵，对于一些小批量试做的产品，对精度要求不高，采用现有技术中的数控设备进行改造成本较高。
因此在本实施例中，如图2所示，还包括进给装置和同步装置，进给装置包括第一驱动电机10、第一驱动螺杆11和第一驱动块12，同步装置包括第一同步杆13、第一支撑块14和滑杆24；
第一驱动电机10固定设置在机架上，用于带动第一驱动螺杆11转动，第一驱动块12上开设有与第一驱动螺杆11相配合的螺纹孔，第一驱动螺杆11转动时，通过螺纹配合带动第一驱动块12移动；
第一同步杆13的一端固定连接至第一驱动块12，第一支撑块14上开设有用于容纳第一同步杆13的第一同步孔和用于容纳滑杆24的第二同步孔，滑杆24与第一驱动螺杆11之间形成一夹角，滑杆24固定设置在机架上；第一同步杆13可滑动地设置在第一同步孔内、滑杆24可滑动地设置在第二同步孔内；其中，第三驱动电机30固定连接至所述第一支撑块14。
工作时，第一驱动电机10带动第一驱动螺杆11转动，第一驱动螺杆11带动第一驱动块12移动，第一驱动块12移动时，通过第一同步杆13带动第一支撑块14同步移动，而第一支撑块14移动时，受到滑杆24的导向作用，会沿着滑杆24的延伸轨迹移动，从而最终通过第一支撑块14带动工具头31实现沿第一同步杆13的延伸方向和滑杆24的延伸方向同步的复合运动，该复合运动的轨迹也即钣金件成型所需的运动轨迹。可以理解的是，可以通过调整滑杆24的角度来控制轨迹的设置。
进一步地，同步装置为两个，两个同步装置对称设置在第一驱动块12的两侧。
实施例四：
与实施例三不同的是，由于实施例三中是一次成型，没有严格按照等高线运动，对于一些壁厚较薄、易于成型的钣金件尚可，对于一些壁厚较厚、不易成型的钣金件，还需要严格按照等量进给、按照等高线进行轨迹运动才能进行较好的成型，也即需要实现工具头31能够在一水平面内实现运动，因此在本实施例还包括进给装置、同步装置和调节装置；
进给装置包括第一驱动电机10、第一驱动螺杆11和第一驱动块12；
同步装置包括第一同步杆13、第一支撑块14、第二支撑块25和滑杆24；
调节装置包括第二驱动电机20、第二驱动螺杆21、驱动螺套22和滑套23；其中，
第一驱动电机10用于带动第一驱动螺杆11转动，第一驱动块12上开设有与第一驱动螺杆11相配合的螺纹孔；
第一同步杆13的一端固定连接至第一驱动块12；第二支撑块25可转动地设置在第一支撑块14上，第一支撑块14上开设有用于容纳第一同步杆13的第一同步孔，第二支撑块25上开设有用于容纳滑杆24的第二同步孔；第一同步杆13可滑动地设置在第一同步孔内、滑杆24可滑动地设置在第二同步孔内；
第二驱动电机20用于带动第二驱动螺杆21转动，驱动螺套22上开设有与第二驱动螺杆21相配合的螺纹孔，驱动螺套22远离第二驱动螺杆21的一端铰接至滑套23上，滑套23上开设有用于容纳滑杆24的第三同步孔，滑杆24的一端可滑动地设置在第三同步孔内；
第三驱动电机30连接至滑杆24远离滑套23的一端。
进一步地，同步装置与调节装置一一对应，同步装置和调节装置均为两个，两个同步装置和两个调节装置均对称设置在第一驱动块12的两侧。
进一步地，第二驱动电机20为一个且为双向电机，两个第二驱动螺杆21的一端分别驱动连接至双向电机的两个输出端。
工作时，进给装置和同步装置与实施例三工作过程类似，不同的是，当第一驱动电机10通过第一驱动螺杆11带动第一驱动块12在纵向上进给后，需要保持工具头31和钣金件接触的端部能够在水平面内做直线运动，以图2所示为例，此时第一驱动电机10持续工作，带动第一驱动块12向下移动，第一驱动块12通过第一同步杆13带动第一支撑块14进而带动第二支撑块25向下移动，而第二支撑块25向下移动时会导致工具头31向下移动，这不符合预期设计，此时通过控制第二驱动电机20转动，第二驱动电机20带动第二驱动螺杆21转动，第二驱动螺杆21带动驱动螺套22向两侧移动，由于驱动螺套22铰接在滑套23上，会带动滑套23便宜，而又由于滑套23和滑杆24相配合，会带动滑杆24转动，滑杆24转动时，会改变第二支撑块25进而改变工具头31的角度，以图2中右侧的工具头31为例，其会产生顺时针转动，使工具头31远离钣金件，从而抵消掉第二支撑块25竖直向下的位移，最终使工具头31始终保持在同一水平面内进行加工。可以理解的是，上述实现过程可通过PLC编程或现有技术中的控制器实现自动化控制，以实现上述控制过程，再次不再详细赘述。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种汽车钣金加工辅助装置，用于钣金的工具头转动渐进成型工艺，其特征在于，包括：
工具头，用于对钣金进行成型加工；以及，
用于驱动所述工具头转动的第三驱动电机；其中，
所述工具头具有一用于容纳润滑油的内腔，所述内腔的侧壁上周向开设有若干用于容纳所述润滑油通过的泄流孔。
2.如权利要求1所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，还包括压块，所述压块可滑动地设置在所述内腔内，所述压块在重力作用下用于对润滑油进行加压。
3.如权利要求1或2所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，还包括滚珠，所述内腔的侧壁上对应所述泄流孔的位置开设有弧形的滚槽，所述滚槽的延伸轨迹自下而上向周侧延伸后向所述内腔方向靠拢；
所述滚槽能够对所述滚珠限位，当所述滚珠位于所述滚槽的最底端时，所述滚珠封堵所述泄流孔。
4.如权利要求3所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，还包括进给装置和同步装置，所述进给装置包括第一驱动电机、第一驱动螺杆和第一驱动块，所述同步装置包括第一同步杆、第一支撑块和滑杆；
所述第一驱动电机用于带动所述第一驱动螺杆转动，所述第一驱动块上开设有与所述第一驱动螺杆相配合的螺纹孔；
所述第一同步杆的一端固定连接至所述第一驱动块，所述第一支撑块上开设有用于容纳所述第一同步杆的第一同步孔和用于容纳所述滑杆的第二同步孔，所述滑杆与所述第一驱动螺杆之间形成一夹角；所述第一同步杆可滑动地设置在所述第一同步孔内、所述滑杆可滑动地设置在所述第二同步孔内；其中，
所述第三驱动电机固定连接至所述第一支撑块。
5.如权利要求4所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，所述同步装置为两个，两个所述同步装置对称设置在所述第一驱动块的两侧。
6.如权利要求3所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，还包括进给装置、同步装置和调节装置；
所述进给装置包括第一驱动电机、第一驱动螺杆和第一驱动块；
所述同步装置包括第一同步杆、第一支撑块、第二支撑块和滑杆；
所述调节装置包括第二驱动电机、第二驱动螺杆、驱动螺套和滑套；其中，
所述第一驱动电机用于带动所述第一驱动螺杆转动，所述第一驱动块上开设有与所述第一驱动螺杆相配合的螺纹孔；
所述第一同步杆的一端固定连接至所述第一驱动块；所述第二支撑块可转动地设置在所述第一支撑块上，所述第一支撑块上开设有用于容纳所述第一同步杆的第一同步孔，所述第二支撑块上开设有用于容纳所述滑杆的第二同步孔；所述第一同步杆可滑动地设置在所述第一同步孔内、所述滑杆可滑动地设置在所述第二同步孔内；
所述第二驱动电机用于带动所述第二驱动螺杆转动，所述驱动螺套上开设有与所述第二驱动螺杆相配合的螺纹孔，所述驱动螺套远离所述第二驱动螺杆的一端铰接至所述滑套上，所述滑套上开设有用于容纳所述滑杆的第三同步孔，所述滑杆的一端可滑动地设置在所述第三同步孔内；
所述第三驱动电机固定连接至所述第二支撑块。
7.如权利要求6所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，所述同步装置与所述调节装置一一对应，所述同步装置和所述调节装置均为两个，两个所述同步装置和两个所述调节装置均对称设置在所述第一驱动块的两侧。
8.如权利要求7所述的一种汽车钣金加工辅助装置，其特征在于，所述第二驱动电机为一个且为双向电机，两个所述第二驱动螺杆的一端分别驱动连接至所述双向电机的两个输出端。
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