CN115921647A - 一种高柔性仿生多点拉伸成形机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高柔性仿生多点拉伸成形机，涉及机械工程技术领域。包括机架，机架内部两侧分别安装有多个拉料机构，拉料机构的夹持端分别固定连接有夹料机构，夹料机构包括基础板，基础板一面开设有后部联接孔与拉料机构相连接，基础板的另一面上下两侧分别固定连接有箱体，两箱体相反侧分别固定连接有箱盖。本发明将仿生概念应用于塑性加工设备，拟合牙齿的形状以提高夹紧力，离散夹钳的设置能够使板料顺应模具曲面的变化移动或转动；离散的仿牙齿单元体在相同气压的作用下夹紧板料，贴合板料表面，可形曲面板料。离散的设置使板料的成形路径更加合理；板料所受应变的分布更加均匀，易于实现板料的贴膜，提高材料利用率和成形质量。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程技术领域，具体为一种高柔性仿生多点拉伸成形机。
背景技术
拉伸成形机多用于板类件的三维曲面成形，拉形可以使板材的内外层在拉伸方向产生拉应力和拉应变，从而减少工件的回弹量，在航空航天、汽车、船舶等领域应用广泛。传统拉形机一般分为横向拉形机和纵向拉形机。
在成形横向曲率较大的工件时，板材横向的拉应力和拉应变分布明显不均匀，易产生不贴膜、拉裂或起皱等成形缺陷。而且拉形机用坯料往往需要较大工艺余量，从而导致材料的利用率降低。本团队现有的板材拉形机(ZL200910067003.6)、板材拉形机(ZL200910067216.9)、高柔性头拉形机(ZL200910217701.X)和多夹钳式拉伸成形机(ZL201010266441.8)等发明有效抑制了以上问题，但现在很多重要行业、重点工程、重大项目都对各种曲面零件的精度要求标准越来越高，当前的柔性拉形机无法满足，并且在成形三维曲面零件时零件的拉应力和拉应变分布依然存在不均匀，影响板料拉伸成形后的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高柔性仿生多点拉伸成形机，在本团队现有的板材拉形机(ZL200910067003.6)、板材拉形机(ZL200910067216.9)、高柔性头拉形机(ZL200910217701.X)和多夹钳式拉伸成形机(ZL201010266441.8)等发明的基础上，受人类牙齿排布和形状的启发，提出一种高柔性仿生多点拉伸成形机，进一步改善拉形时板材的拉应力和拉应变分布不均问题，提高拉伸成形质量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高柔性仿生多点拉伸成形机，包括机架，所述机架内部两侧分别安装有多个拉料机构，所述拉料机构的夹持端分别固定连接有夹料机构，所述夹料机构包括基础板，基础板一面开设有后部联接孔与所述拉料机构相连接，基础板的另一面上下两侧分别固定连接有箱体，两所述箱体相反侧分别固定连接有箱盖，箱盖远离箱体的一侧开设有后部联接孔，所述箱体的相对侧安装有牙形夹料块，所述夹料块相对侧贯穿设置有仿牙齿单元体，箱体内部远离夹料块的一侧设置有与外部联接孔相连通的小型气腔，位于不同箱体内部的仿牙齿单元体相互适配。
更进一步地，所述仿牙齿单元体包括均一型夹钳，所述均一型夹钳包括多个形状相同的圆柱型齿柱，齿柱贯穿设置在箱体底部，圆柱型齿柱的活动范围限制为箱体底部的贯穿区域。
更进一步地，所述仿牙齿单元体包括非均一型夹钳，所述非均一型夹钳包括多个异型齿柱，异形齿柱贯穿设置在箱体底部，所述异型齿柱的截面形状为圆形、椭圆形和多边形中的两种或者多种混合，所述异型齿柱远离小型气腔的一端的形状包括圆柱体、圆锥体和者弦切的圆柱体中的两种或多种混合，异型齿柱的活动范围限制为箱体底部的贯穿区域。
更进一步地，所述箱体的形状包括矩形结构或者远离基础板一端为弧形靠近基础板一侧为矩形的组合结构。
更进一步地，位于机架内的多个所述夹料机构的箱体的形状自由组合。
更进一步地，位于同一机架上的所述夹料机构的仿牙齿单元可为非均一型夹钳或者均一型夹钳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该高柔性仿生多点拉伸成形机，将仿生概念应用于塑性加工设备，拟合牙齿的形状以提高夹紧力，离散夹钳的设置能够使板料顺应模具曲面的变化移动或转动；离散的仿牙齿单元体在相同气压的作用下夹紧板料，能够更加贴合板料表面，可以成形曲面板料。双重离散的设置使板料的成形路径更加合理；板料所受拉应力和拉应变的分布更加均匀，易于实现板料的贴膜，提高材料利用率和成形质量。同时采用合理的设计，离散夹钳之间留有合适间隙，棱线和边线处设置圆角，不会发生夹钳之间和夹钳与板料之间的相互限制。
附图说明
图1为本发明提供的具体三类拉伸成形机的示意图。
图1(a)为两缸式拉伸成形机的示意图。
图1(b)为一类三缸式拉伸成形机的示意图。
图1(c)为二类三缸式拉伸成形机的示意图。
图2为本发明提供的夹料装置的示意图。
图3为夹料装置在拉伸成形过程中排布形状的示意图。
图4为本发明提供的夹钳的示意图。
图5为本发明提供的夹钳结构的示意图。
图6为本发明提供的不同类型夹钳的示意图。
图6(a)为均一型夹钳的示意图。
图6(b)为非均一型夹钳的示意图。
图7为均一型夹钳和非均一型夹钳混合使用的示意图。
图8为本发明提供的不同类型夹料块的示意图。
图8(a)为上牙牙形夹料块的示意图。
图8(b)为下牙牙形夹料块的示意图。
图8(c)为均一牙形夹料块的示意图。
图8(d)为矩形夹料块的示意图。
图9为牙形夹料块和矩形夹料块混合使用的示意图。
图中：1、夹料机构；2、拉料机构；3、机架；4、板料；5、箱体；6、箱盖；7、仿牙齿单元体；8、后部联接孔；9、小型气腔；10、外部联接孔；11、均一型夹钳；12、非均一型夹钳；13、上牙牙形夹料块；14、下牙牙形夹料块；15、均一牙形夹料块；16、矩形夹料块。
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。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
应注意的是，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或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
本发明的设计目的是减少应力集中，使板料受拉应力、应变更加均匀。此拉形机主要由夹料机构、拉料机构和机架组成。夹料机构由两排仿牙齿多点柔性夹头组成，在拉伸成形机左右两侧分别设置一排；相邻夹钳之间留有间隙，夹钳的钳口边线、前端棱线和上下棱线都设有圆角。此种设计允许夹料机构工作时，夹钳产生非等量的旋转、摆动或拉伸，形成弧线或波浪形线状排列，实现拉伸成形机多个夹钳的柔性控制，实现复杂工件的拉伸成形。
如图1(a)-图9所示，本发明提供一种技术方案：一种高柔性仿生多点拉伸成形机。
实施例一
机架3，机架3内部两侧分别安装有多个拉料机构2，拉料机构2的夹持端分别固定连接有夹料机构1，夹料机构1包括基础板，基础板一面开设有后部联接孔8与拉料机构2相连接，基础板的另一面上下两侧分别固定连接有箱体5，两箱体5相反侧分别固定连接有箱盖6，箱盖6远离箱体5的一侧开设有后部联接孔8，箱体5的相对侧安装有牙形夹料块，夹料块相对侧贯穿设置有仿牙齿单元体7，箱体5内部远离夹料块的一侧设置有与外部联接孔10相连通的小型气腔9，位于不同箱体5内部的仿牙齿单元体7相互适配，箱体5的形状包括矩形结构或者远离基础板一端为弧形靠近基础板一侧为矩形的组合结构，位于机架3内的多个夹料机构1的箱体5的形状自由组合。
仿牙齿单元体7包括均一型夹钳11，均一型夹钳11包括多个形状相同的圆柱型齿柱，齿柱贯穿设置在箱体5底部，圆柱型齿柱的活动范围限制为箱体5底部的贯穿区域。
实施例二
仿牙齿单元体7包括非均一型夹钳12，非均一型夹钳12包括多个异型齿柱，异形齿柱贯穿设置在箱体5底部，异型齿柱的截面形状为圆形、椭圆形和多边形中的两种或者多种混合，异型齿柱远离小型气腔9的一端的形状包括圆柱体、圆锥体和者弦切的圆柱体中的两种或多种混合，异型齿柱的活动范围限制为箱体5底部的贯穿区域。
实施例三
仿牙齿单元体7包括实施例一中的均一型夹钳11或实施例二中的非均一型夹钳12中的一种，位于同一机架3上的夹料机构1的仿牙齿单元可为非均一型夹钳12或者均一型夹钳11。
需要说明的是
请参照图1，本发明提供了一种高柔性仿生多点拉伸成形机，具体分成三类分别是两缸式拉伸成形机，一类三缸式拉伸成形机和二类拉伸成形机。拉伸成形机由三个部分组成：夹料机构1、拉料机构2和机架3。板料4放置在两个夹料装置中间，夹料装置对板料4进行夹紧，水平拉料装置、竖直拉料装置和斜向拉料装置为夹料装置提供工作行程，拉伸成形过程中，板料4各部分会形成不均匀变形及双曲率变形，夹料装置为离散分布的多个夹钳，每个夹钳能够以水平拉料装置的轴线为中心产生一定的转动以适应板料4的变化。高柔性的夹料装置使板料4横向受应力应变更加均匀。
具体请参照图1，图1(a)为本发明应用于两缸式拉伸成形机的示意图。主要有夹料机构1、拉料机构2和机架3组成。通过水平和竖直两类液压缸组成的拉料机构2控制夹料装置成形工件，拉料机构2和夹料机构1通过多点夹钳的后部联接孔8进行联接。
具体请参照图1，图1(b)为本发明应用于一类三缸式拉伸成形机的示意图，主要有夹料机构1、拉料机构2和机架3组成。通过水平、竖直和倾斜三类液压缸组成的拉料机构2控制夹料装置成形工件，拉料机构2和夹料机构1通过多点夹钳的后部联接孔8进行联接。
具体请参照图1，图1(c)为本发明应用于二类三缸式拉伸成形机的示意图，主要有夹料机构1、拉料机构2和机架3组成。需要说明的是，二类三缸式拉伸成型机与一类三缸式拉伸成型机的不同在于其水平和斜向拉料机构2联接在夹料机构1后部联接孔8，竖直拉料机构2联接在夹钳的下部。
请参照图2，本发明提供了一种用于拉伸成形机的夹料机构1，由多个离散的仿生柔性夹钳组成，当多个夹钳对板料4进行拉伸成形作业时，各个夹钳顺应板料4贴合拉形模具曲面的变化产生移动和转动，呈现出如图3所示的结构，更容易实现板料4的贴膜，能够提高板料4的材料利用率和拉形质量。
请参照图4，图4是仿生牙齿夹钳的示意图，其中：图4a是正视图，图4b是等轴侧视图，图4c是侧视图。仿照人类牙齿的夹钳，能够提高板料4夹紧力而且使板料4受应力应变更均匀，提高拉形质量。相邻夹钳之间留有间隙，夹钳的钳口边线、前端棱线和上下棱线都设有圆角。
图5是夹钳结构细节图，包括：箱体5、箱盖6、仿牙齿单元体7和后部联接孔8。箱体5内部均匀分布小型气腔9，所有小型气腔9在箱体5内部相互连通并通过箱盖6上的外部联接孔10联接外界气缸，小型气腔9定位并控制每个单元体的行程。仿牙齿单元体7的直径可以相同或不同，单元体头部形状包括平头模仿磨牙，尖头模仿犬牙，圆头模仿前磨牙以及椭圆形头模仿门牙。成形板料4时，夹钳上下的单元体随着气缸加压而夹紧板料4，仿牙齿形状的单元体头提高对板料4的夹紧力，离散分布的单元体进一步使板料4受应力和应变更加均匀。
请参照图6，柔性夹钳根据仿牙齿单元体7的形状分成两类：均一型夹钳11和非均一型夹钳12。图6(a)是均一型夹钳11，其夹钳上下单元体同一尺寸和形状；图6(b)是非均一型夹钳12，其夹钳上下单元体形状不同。均一型夹钳11和非均一型夹钳12可独立使用或交错混合使用。图7列举了几个均一型夹钳11和非均一型夹钳12混合使用的示意图。
请参照图8，夹钳的夹料块根据夹料面仿牙齿单元体7排列方式分为牙形夹料块包括上牙牙形夹料块13、下牙牙形夹料块14、均一牙形夹料块15和矩形夹料块16。图8(a)是牙形夹料块，单元体模仿人类牙齿排列，图8(b)是矩形夹料块16，单元体成矩形均匀排列，牙形夹料块和矩形夹料块16可独立成对使用或交错混合使用。图7列举了几个均一型夹钳11和非均一型夹钳12混合使用的示意图。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附实施例及其等同物限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附实施例及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种高柔性仿生多点拉伸成形机，包括机架(3)，所述机架(3)内部两侧分别安装有多个拉料机构(2)，其特征在于：所述拉料机构(2)的夹持端分别固定连接有夹料机构(1)，所述夹料机构(1)包括基础板，基础板一面开设有后部联接孔(8)与所述拉料机构(2)相连接，基础板的另一面上下两侧分别固定连接有箱体(5)，两所述箱体(5)相反侧分别固定连接有箱盖(6)，箱盖(6)远离箱体(5)的一侧开设有后部联接孔(8)，所述箱体(5)的相对侧安装有牙形夹料块，所述夹料块相对侧贯穿设置有仿牙齿单元体(7)，箱体(5)内部远离夹料块的一侧设置有与外部联接孔(10)相连通的小型气腔(9)，位于不同箱体(5)内部的仿牙齿单元体(7)相互适配。
2.根据权利要求1所述的一种高柔性仿生多点拉伸成形机，其特征在于：所述仿牙齿单元体(7)包括均一型夹钳(11)，所述均一型夹钳(11)包括多个形状相同的圆柱型齿柱，齿柱贯穿设置在箱体(5)底部，圆柱型齿柱的活动范围限制为箱体(5)底部的贯穿区域。
3.根据权利要求1所述的一种高柔性仿生多点拉伸成形机，其特征在于：所述仿牙齿单元体(7)包括非均一型夹钳(12)，所述非均一型夹钳(12)包括多个异型齿柱，异形齿柱贯穿设置在箱体(5)底部，所述异型齿柱的截面形状为圆形、椭圆形和多边形中的两种或者多种混合，所述异型齿柱远离小型气腔(9)的一端的形状包括圆柱体、圆锥体和者弦切的圆柱体中的两种或多种混合，异型齿柱的活动范围限制为箱体(5)底部的贯穿区域。
4.根据权利要求2或3任一所述的一种高柔性仿生多点拉伸成形机，其特征在于：所述箱体(5)的形状包括矩形结构或者远离基础板一端为弧形靠近基础板一侧为矩形的组合结构。
5.根据权利要求4所述的一种高柔性仿生多点拉伸成形机，其特征在于：位于机架(3)内的多个所述夹料机构(1)的箱体(5)的形状自由组合。
6.根据权利要求2或3任一所述的一种高柔性仿生多点拉伸成形机，其特征在于：位于同一机架(3)上的所述夹料机构(1)的仿牙齿单元可为非均一型夹钳(12)或者均一型夹钳(11)。
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| CN116833289A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-10-03 | 吉林大学 | 一种难变形板料仿生辐射加热拉形系统 |
| CN116833289B (zh) * | 2023-05-09 | 2024-01-23 | 吉林大学 | 一种难变形板料仿生辐射加热拉形系统 |
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|---|---|
| CN115921647B (zh) | 2023-11-03 |
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