CN115195091A - 一种可变型模具平台装置及曲面件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可变型模具平台装置及曲面件的制备方法，涉及模具平台技术领域，包括底座、线性执行机构、柔性连接网、成型面板、控制器、曲面外形扫描定位器以及加热装置，线性执行机构设置在底座上，线性执行机构的顶部通过柔性连接网与成型面板连接，本发明通过以少量的线性执行机构自由端作为主控制点，降低多点成型可变型模具的控制点成本，采用柔性连接的方式，能够避免硬连接可能对面板造成的局部凹坑问题，成型表面的光顺度会更高，且具有铁磁特性的软性成型面板，既具备铁磁特性，可与柔性连接网建立平滑形变的连接关系，又可以保持面板表面的硬度，保障曲面件的制造公差，相比传统的密集型多点成型工艺，成型面板可以保障曲面件的表面光顺度。
Description
技术领域
本发明涉及模具平台技术领域，尤其涉及一种可变型模具平台装置及曲面件的制备方法。
背景技术
现有专利CN111497273A公开了一种用于曲面件成型的可变型模具平台，该平台包括制动器、底座、面板、控制单元和定位器，其中制动器的自由端通过连接结构与面板相连(连接结构包括碳棒网、自由摆杆或铰链)。
但是在该专利中存在两个问题：一个是此专利并未描述连接结构与面板连接的方式，第二个是未详细描述面板的材质，实际上这两个关键点极大程度地决定了曲面件成形的表面光顺度。
进一步说明，如果是硬连接的方式，比如在面板中嵌入螺母，通过连接结构的螺栓与面板建立直接的硬性连接关系(也可以是挂钩、焊接、黏结等各种固定点连接方式)，则该发明会存在曲面件表面光顺度缺陷。原因是，当该发明希望通过制动器调整连接结构进而调整面板曲面造型时，固定点连接方式必然会致使连接结构碳棒网与面板发生形变，一般来说曲面的面积都会大于原始平面面积，这样面板连接点处会因受力而发生形变，曲面约复杂，面板连接点出受力越大，发生形变产生的凹坑也会越大，致使在面板上生产的产品表面光顺度不好。
如果是空连接的方式，即连接结构与面板只是接触，没有硬性连接，那么只能依靠摩擦力来固定面板，当面板上成型产品重量较大时，面板和产品将发生滑移，无法保障产品成型质量。
第二个问题是面板材质，该专利描述面板为弹性垫，弹性垫可以解决硬连接方式下，制动器带动连接结构并同面板一起造型曲面，但因其弹性特性，就会存在上述固定连接点受力产生凹坑的缺点。如果是空连接的方式，则在产品重量较大时，会因摩擦力不够产生滑移，影响产品质量和成功率。
专利CB106079389B公开了一种树脂类板材多点热成型装置与方法，该装置包括热胀型装置和柔性模具装置，其中柔性模具装置10用于任意三维曲面树脂版成型模具的快速生成。
关键问题：可重构模具11自由端与弹性垫13直接空连接，可重构模具的基本体并列若需要保持弹性垫形成的曲面光顺度足够高，需要用极小的基本体上部半圆形面积，同时也需要基本体之间的间隙足够小，这样才能保证树脂板贴模、并抑制树脂版表面的凹坑或压痕。但是，这种方案就要求基本体的数量异常的庞大，对于大型部件的生产来说，成本过于昂贵。并且基本体数量过多带来的可靠性问题也会整个设备的可利用率造成严重的影响，因此本发明提出一种可变型模具平台装置及曲面件的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提出一种可变型模具平台装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种可变型模具平台装置，包括底座、线性执行机构、柔性连接网、成型面板以及曲面件，所述成型面板设置在柔性连接网的上方，所述曲面件设置在成型面板的表面，所述线性执行机构直线排列设置在底座的表面，所述线性执行机构的顶部均与柔性连接网连接，所述柔性连接网包括叉型连接头、磁头、柔性连杆以及均位弹簧，所述柔性连接头贯穿插设在叉型连接头上，所述叉型连接头之间通过均位弹簧固定连接，所述叉型连接头的顶部均与磁头固定连接，所述磁头的顶部与成型面板之间磁性连接，所述成型面板的上方设置有曲面外形扫描及定位器。
作为一种优选的实施方式，所述成型面板由掺杂了铁磁材料的橡胶混合制备而成，所述成型面板上镶嵌有加强筋杆，所述加强筋杆上均安装有加热管。
采用上述进一步方案的技术效果是：成型面板作为阳模来翻制阴模或直接生产曲面件产品的模具型面，成型面板与柔性连接网既可以通过磁头建立起支撑和链接的关系，又可以有一定的摩擦力或抓力稳定住成型面板的位置，避免生产过程原料或成型件的滑移。
作为一种优选的实施方式，所述成型面板内嵌有加热装置，所述加热装置为电阻加热管。
采用上述进一步方案的技术效果是：加热装置能够在曲面件制备工艺需要加热环节的情况下提供可控热源，热源提供方式可以为光照辐射加热、电加热或液体管路加热等方式，光照辐射加热可布置在可变型模具的上方，电加热或液体管路加热可布置在成型面板内、柔性连接网内或柔性连接网。
作为一种优选的实施方式，所述底座上设置有扩展坞，所述底座通过扩展坞与底座转接坞连接。
采用上述进一步方案的技术效果是：本发明中底座转接坞以及扩展坞的设计能够在期望生产曲面件最大水平切角超出水平放置可变型模具平台能力范围时，提供调向转接的功能，转接可变型模具平台模组使其与水平放置模组形成一定夹角，增大可生产曲面件的最大水平切角。
作为一种优选的实施方式，所述线性执行机构、底座的扩展坞以及曲面外形扫描及定位器均通过连接线与控制器信号连接。
采用上述进一步方案的技术效果是：控制器为可变型模具平台的控制中心，核心控制功能有开环控制和闭环控制两种模式，开环控制模式，控制器接收曲面件曲面三维模型转化的三轴坐标目标数据，控制底座扩展坞至平台X/Y方向坐标位置，以及控制线性执行机构自由端至Z方向坐标位置，实现柔性连接网和成型面板的曲面成形，闭环控制模式，控制器接收曲面外形扫描及定位器的外形和定位扫描反馈以及曲面件曲面三维模型转化的三轴坐标目标数据，比对曲面成型的偏差，闭环控制调整扩展坞和线性执行机构的位置，直至偏差降至期望范围以内。
作为一种优选的实施方式，所述线性执行机构的顶部自由端与叉型连接头之间通过万向节连接。
作为一种优选的实施方式，所述柔性连杆为中空结构，所述柔性连杆内嵌有电阻加热管。
作为一种优选的实施方式，所述柔性连接网与成型面板之间通过磁头接触式非紧固连接。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明通过以少量的线性执行机构自由端作为主控制点，降低多点成型可变型模具的控制点成本，采用柔性连接的方式，能够避免硬连接可能对面板造成的局部凹坑问题，成型表面的光顺度会更高，且具有铁磁特性的软性成型面板，既具备铁磁特性，可与柔性连接网建立平滑形变的连接关系，又可以保持面板表面的硬度，保障曲面件的制造公差，相比传统的密集型多点成型工艺，成型面板可以保障曲面件的表面光顺度。
2、本发明中底座扩展坞可移动，可以解决生产件曲面外形所需控制点排布间隔要求的差异化问题，降低制造公差。
附图说明
图1为本发明提供的一种可变型模具平台装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种可变型模具平台装置的局部结构示意图；
图3为本发明提供的一种可变型模具平台装置柔性连接网的结构示意图；
图4为本发明提供的一种可变型模具平台装置线性执行机构的工作状态示意图；
图5为本发明提供的一种可变型模具平台装置的结构示意图。
图例说明：
图中：1、底座；2、线性执行机构；3、柔性连接网；4、成型面板；5、控制器；6、曲面外形扫描及定位器；7、加热装置；8、底座转接坞；9、磁头；10、柔性连杆；11、叉型连接头；12、均位弹簧；13、加强筋杆；14、加热管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种可变型模具平台装置，包括底座1、线性执行机构2、柔性连接网3、成型面板4以及曲面件，成型面板4设置在柔性连接网3的上方，曲面件设置在成型面板4的表面，线性执行机构2直线排列设置在底座1的表面，底座1为实现线性执行机构2站位可调，实现方式是在底座1上安装固定式或可移动式扩展坞，线性执行机构2的顶部均与柔性连接网3连接，柔性连接网3为建立线性执行机构2与成型面板4的连接关系，柔性连接网3包括叉型连接头11、磁头9、柔性连杆10(含引导线连杆和样条线连杆两类)、均位弹簧12或其他形式弹性连接，叉型连接头11通过引导线连杆将引导线方向的线性执行机构2串联成行，与引导线垂直方向上通过样条线连杆将样条线方向的磁头9串联成列，各列磁头9之间距离靠均位弹簧12来控制磁头9间的距离尽可能地均匀分布，柔性连接网3包括叉型连接头11、磁头9、柔性连杆10以及均位弹簧12，柔性连接头贯穿插设在叉型连接头11上，叉型连接头11之间通过均位弹簧12固定连接，叉型连接头11的顶部均与磁头9固定连接，磁头9的顶部与成型面板4之间磁性连接，成型面板4的上方设置有曲面外形扫描及定位器6，曲面外形扫描及定位器6的功能为三维外形扫描及光线投射定位，三维外形扫描包括但不限于通过三维激光扫描仪扫描曲面件或成型面板4的三维外形，作为闭环控制模式的反馈、作为开环控制模式的外形检查或作为产品成型后的外形检查，光线投射定位包括但不限于通过三维激光投影仪，连续发射激光束投射到成型面板4上，确定制造原料的铺放位置。
其中，成型面板4由掺杂了铁磁材料的橡胶混合制备而成，成型面板4作为阳模来翻制阴模或直接生产曲面件产品的模具型面，成型面板4与柔性连接网3既可以通过磁头9建立起支撑和链接的关系，又可以有一定的摩擦力或抓力稳定住成型面板4的位置，避免生产过程原料或成型件的滑移，成型面板4上镶嵌有加强筋杆13，加强筋杆13上均安装有加热管14，其中，加热管14可以根据需要进行安装，如果制造工艺不需要加热，可以不用安装加热管14。
其中，成型面板4内嵌有加热装置7，加热装置7为电阻加热管，其中加热装置7不仅限于电阻加热管，也可以是循环液体加热管，电阻加热管或循环液体加热管，或在被制件上方通过热辐射方式加热，在不需要加热的场景下不需要使用加热系统，加热装置7能够在曲面件制备工艺需要加热环节的情况下提供可控热源，热源提供方式可以为光照辐射加热、电加热或液体管路加热等方式，光照辐射加热可布置在可变型模具的上方，电加热或液体管路加热可布置在成型面板4内、柔性连接网3内或柔性连接网3。
其中，底座1上设置有扩展坞，底座1通过扩展坞与底座转接坞8连接，本发明中底座转接坞8以及扩展坞的设计能够在期望生产曲面件最大水平切角超出水平放置可变型模具平台能力范围时，提供调向转接的功能，转接可变型模具平台模组使其与水平放置模组形成一定夹角，增大可生产曲面件的最大水平切角。
其中，线性执行机构2、底座1的扩展坞以及曲面外形扫描及定位器6均通过连接线与控制器5信号连接，控制器5为可变型模具平台的控制中心，核心控制功能有开环控制和闭环控制两种模式，开环控制模式，控制器5接收曲面件曲面三维模型转化的三轴坐标目标数据，控制底座1扩展坞至平台X/Y方向坐标位置，以及控制线性执行机构2自由端至Z方向坐标位置，实现柔性连接网3和成型面板4的曲面成形，闭环控制模式，控制器5接收曲面外形扫描及定位器6的外形和定位扫描反馈以及曲面件曲面三维模型转化的三轴坐标目标数据，比对曲面成型的偏差，闭环控制调整扩展坞和线性执行机构2的位置，直至偏差降至期望范围以内。
其中，线性执行机构2的顶部自由端与叉型连接头11之间通过万向节连接。
其中，柔性连杆10为中空结构，柔性连杆10内嵌有电阻加热管，其中柔性连接杆10内嵌的加热设备不仅限于电阻加热管，也可以是循环液体加热管，阻加热管或循环液体加热管，或在被制件上方通过热辐射方式加热，在不需要加热的场景下不需要使用加热系统。
其中，柔性连接网3与成型面板4之间通过磁头9接触式非紧固连接。
一种曲面件的制备方法，通过该可变型模具平台装置制备曲面件的具体步骤如下：
如图1-5所示，将待生产部件的原始三维模型经曲面拟合算法转换为可变型模具平台装置控制器5的输入，通过控制器5控制底座1移动扩展坞移动至期望输入的位置(也可以是固定式扩展坞)，并通过控制器5控制线性执行机构2的自由端移动至期望输入的位置，自由端带动柔性连接网3网状面发生形变逼近期望的三维模型曲面，同时柔性连接网3通过永磁体或电励磁铁氧体拉动成型面板4发生形变逼近期望的三维模型曲面；
通过比对曲面外形扫描及定位器6扫描成型后的曲面与期望的三维模型曲面的一致性，判断是否需要调整部分线性执行机构2自由端的位置，或通过反馈控制闭环调整线性执行机构2自由端的位置，直至曲面一致性满足期望公差。对制造公差要求不高的制造场景，可省略此环节或降低控制公差要求；
型面调整完成后的成型面板4可以用作阳模，来翻制阴模，即在成型面板4上铺放制造原料，原料铺放位置需要由外形扫描及定位器确定并指引，然后通过成型工艺制造出曲面阴模，该阴模可用于批量生产曲面部件；
型面调整完成后的成型面板4也可以用作阴模，来直接生产曲面部件，即在成型面板4上铺放制造原料，原料铺放位置需要由外形扫描及定位器确定并指引，然后通过成型工艺制造出曲面部件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种可变型模具平台装置，包括底座(1)、线性执行机构(2)、柔性连接网(3)、成型面板(4)以及曲面件，所述成型面板(4)设置在柔性连接网(3)的上方，所述曲面件设置在成型面板(4)的表面，其特征在于：所述线性执行机构(2)直线排列设置在底座(1)的表面，所述线性执行机构(2)的顶部均与柔性连接网(3)连接，所述柔性连接网(3)包括叉型连接头(11)、磁头(9)、柔性连杆(10)以及均位弹簧(12)，所述柔性连接头贯穿插设在叉型连接头(11)上，所述叉型连接头(11)之间通过均位弹簧(12)固定连接，所述叉型连接头(11)的顶部均与磁头(9)固定连接，所述磁头(9)的顶部与成型面板(4)之间磁性连接，所述成型面板(4)的上方设置有曲面外形扫描及定位器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述成型面板(4)由掺杂了铁磁材料的橡胶混合制备而成，所述成型面板(4)上镶嵌有加强筋杆(13)，所述加强筋杆(13)上均安装有加热管(14)。
3.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述成型面板(4)内嵌有加热装置(7)。
4.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述底座(1)上设置有扩展坞，所述底座(1)通过扩展坞与底座转接坞(8)连接。
5.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述线性执行机构(2)、底座(1)的扩展坞以及曲面外形扫描及定位器(6)均通过连接线与控制器(5)信号连接。
6.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述线性执行机构(2)的顶部自由端与叉型连接头(11)之间通过万向节连接。
7.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述柔性连杆(10)为中空结构，所述柔性连杆(10)内嵌有电阻加热管。
8.根据权利要求1所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：所述柔性连接网(3)与成型面板(4)之间通过磁头(9)接触式非紧固连接。
9.一种曲面件的制备方法，根据权利要求1～8任意一项所述的一种可变型模具平台装置，其特征在于：通过该可变型模具平台装置制备曲面件的具体步骤如下：
S1、将待生产部件的原始三维模型经曲面拟合算法转换为可变型模具平台装置控制器(5)的输入，通过控制器(5)控制底座(1)移动扩展坞移动至期望输入的位置，并通过控制器(5)控制线性执行机构(2)的自由端移动至期望输入的位置，自由端带动柔性连接网(3)网状面发生形变逼近期望的三维模型曲面，同时柔性连接网(3)通过永磁体或电励磁铁氧体拉动成型面板(4)发生形变逼近期望的三维模型曲面；
S2、通过比对曲面外形扫描及定位器(6)扫描成型后的曲面与期望的三维模型曲面的一致性，判断是否需要调整部分线性执行机构(2)自由端的位置，或通过反馈控制闭环调整线性执行机构(2)自由端的位置，直至曲面一致性满足期望公差，对制造公差要求不高的制造场景，可省略此环节或降低控制公差要求；
S3、型面调整完成后的成型面板(4)可以用作阳模，来翻制阴模，即在成型面板(4)上铺放制造原料，原料铺放位置需要由外形扫描及定位器确定并指引，然后通过成型工艺制造出曲面阴模，该阴模可用于批量生产曲面部件；
S4、型面调整完成后的成型面板(4)也可以用作阴模，来直接生产曲面部件，即在成型面板(4)上铺放制造原料，原料铺放位置需要由外形扫描及定位器确定并指引，然后通过成型工艺制造出曲面部件。
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