CN1338367A - 板材无模多点成形装置 - Google Patents

Abstract

板材无模多点成形装置是对板材进行塑性成形加工的设备,属于机械工程领域。它主要是由基本体群,调整机构,加载部分组成,基本体群是由多个相互独立的冲头组成,冲头可以沿其轴向移动,并通过调整机构进行调整。调整机构一种是由调压电磁铁和柔性夹头组成,用于调整冲头位移;另一种是由液压缸和换向阀组成,它不仅调整冲头的位移,还能调整冲头的速度。采用这两种调整机构的装置分别构成多点模具成形装置和多点压机成形装置。

Description

板材无模多点成形装置

板材无模多点成形装置是对板材进行塑性成形加工的设备，属于机械工程领域。

板材无模多点成形装置是采用计算机控制的先进板材成形设备。利用多个规则排列的，高度可调的基本体(冲头)随意改变造型面，取代传统的模具来实现板材的无模成形，是对现有板材成形设备的根本改革和创新，对我国机械制造业的技术进步将产生巨大的影响。

目前，板材成形主要采用各种压力机通过模具来实现。每一种零件都需要一套或数套模具才能完成整个成形过程。传统的板材成形装置自动化程度较低，其效率和加工质量及精度无法满足现代工业生产的需要。

本发明的目的在于改变传统的利用模具使板材成形的加工方式，提供一种可实现自动控制的以无模多点成形技术为基础的板材无模多点成形装置。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下。

板材无模多点成形装置，是由上、下基本体群1，调整机构2和加载机构组成，上、下基本体群1由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，由统一的调整机构2调整到成形位置后，再由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。

板材无摸多点成形装置，是由机架3，上、下基本体群1，调整机构2′，自动控制系统，曲面造型系统，动力系统4和测量系统组成，上、下基本体群1由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，其高度和速度由控制系统控制，按曲面造型系统设计的形状，通过每个冲头的调整机构2′在成形过程中进行调整，并由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。

本发明与现有的压力机相比，彻底改变了传统整体模具成形的方式，实现板材的无模成形，省去模具的设计、制造和调试工序，生产准备时间缩短为模具成形的数十分之一，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等。还可以在较小的设备上成形较大尺寸的板类件，消除回弹、起皱等缺陷。工作效率、加工质量和精度明显提高，加工成本显著下降，可实现自动化控制，特别是对于大型板材成形，可在本机上采用多种先进的无模成形法完成，可满足现代工业生产的需要。

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。

图1是板材无模多点成形装置的结构示意图；

图2是采用橡胶套连接垫板的冲头结构示意图；

图3是采用弹簧连接垫板的冲头结构示意图；

图4是调压电磁铁工作原理图；

图5是柔性夹头结构示意图；

图6是图5的仰示图；

图7是调压电磁铁与柔性夹头的装配图；

图8是带弹簧的冲头结构示意图；

图9是一种调整机构示意图。

图中：1.上、下基本体群  2.2′调整机构  3.机架  4.动力系统  5.聚按脂套  6.橡胶套6.弹簧  7.垫板  8.钢球  9.钢球座  10.冲头体  11.圆环  12.圆环  13.圆环  14.带有弹簧的销钉  15.弹簧  16.调压电磁铁  17.动板  18.花键轴  19.柔性夹头  20.弹簧  21.固定板  22.冲头工作端  23.弹簧  24.电机  25.缸体  26.阀芯  27.螺母  28.活塞杆

本发明提供的板材无模多点成形装置按其成形方式可以采用两种结构，即多点模具成形装置和多点压机成形装置。

所谓多点模具成形装置是按被加工板材要成形的形状，在成形前将基本体群调整为所需的形状，类似于成形模具，然后由加载机构加载成形。

该装置是由上、下基本体群1，调整机构2和加载机构组成，上、下基本体群1由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，由统一的调整机构2调整到成形位置后，由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。当然也可加入控制、曲面造形和测量部分实现自动控制。

用于多点模具成形装置的调整机构2参阅图4、图7：该调整机构2是由调压电磁铁16、动板17、花键轴18和柔性夹头19组成，调压电磁铁16固定在固定板21上，动板17与调压电磁铁铁芯刚性联接，柔性夹头19的上端装在动板17与固定板21之间的弹簧内，其下端套装在固定板21上，柔性夹头19上端为花键套，并通过与花键套相配合的花键轴18连接在动板17上。

在该机构中使用了调压电磁铁16，它是调整机构2与冲头连接的关键部件。其工作原理是：当调整机2构运行到使柔性夹头19对正冲头时，调压电磁铁16通电启动，把与调压电磁铁16刚性联接的动板17吸住，使动板17与花键套下移，并压缩弹簧20，带动柔性夹头19下移与冲头调整柄连接在一起，这时电压由高电压降为低电压，但仍能使调压电磁铁吸住柔性夹头，开始调整基本体的高度。调整结束，调压电磁铁失电，动板17与花键套靠弹簧20复位，一个调整过程结束。

为了防止板材在成形过程中出现起皱等缺陷，冲头可以采用带有弹簧的冲头，其上的弹簧可以采用氮气弹簧或螺旋弹簧，采用螺旋弹簧的结构参阅图8：冲头的工作端22通过弹簧23装在冲头体10上。

利用冲头上的氮气弹簧或碟形弹簧等弹簧的压力来压紧欲变形的板料，使板料增加变形的约束，避免板材局部产生过大的压应力而产生的塑性失稳现象，抑制板材多点成形中的起皱缺陷。

在调整冲头的位移时，由于冲头数量较多，排列密集，冲头的调整机构2必须快速准确地完成调整过程，为此设计了带弹簧的柔性夹头19。柔性夹头的结构参阅图5、图6：所说的柔性夹头19由三个圆环11、12、13套装在一起，每个圆环的侧壁上设有销钉孔，圆环11与圆环12，圆环12与圆环13之间分别通过带有弹簧的销钉14连接，圆环11的顶部与圆环13内顶壁之间装有弹簧15。一般情况下，传动机构将夹头传送至欲调整冲头所在的位置时总会产生一定的误差，带弹簧的柔性夹头能够在位置有误差的情况下，依靠弹簧和销钉的作用迅速准确地与冲头柄部联接在一起，完成冲头的调整。这种柔性夹头结构简单，加工制造的配合要求不高，但结构的自由度较大，因此动作可靠、实用。

调压电磁铁16与柔性夹头19装配关系参阅图7：当调整机构运行到适当位置时调压电磁铁16启动，这时采用较大电压和电流，通过可升降的动板17的联接作用，把柔性夹头吸住，由于柔性夹头19的柔性特点，使柔性夹头19准确地与冲头柄部联接在一起，然后将电压调低，仍能吸住柔性夹头19，进而完成冲头的调整过程。

所渭多点压机成形装置，是在板材成形前对上、下基本体群即冲头群成形面不需调整，由冲头夹住板材后，对所有冲头同时进行调整。冲头调整要求不仅调整位移，还能调整速度。所有冲头在调整过程中都可以对板材加载，改善板材的受力状态，并可以改变材料的变形路径。

多点压机成形装置结构参阅图1：它是由机架3，上、下基本体群1，调整机构2，自动控制系统，曲面造型系统，动力系统4和测量系统组成，上、下基本体群1由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，其位移和速度由控制系统控制，按曲面造型系统设计的形状，通过每个冲头的调整机构在成形过程中进行调整，并由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。

其调整机构参阅图9：它是由电机24驱动的控制换向阀和液压缸组成，液压缸的内腔为阶梯形，活塞杆28置于右侧腔内，并把该腔分为两腔，左侧腔内为带有螺杆的阀芯26，螺杆与电机轴连接，液压缸左侧腔上分别设有与动力机构相通的高压油口P、回油口T和与活塞杆28左右两腔相通的A口、B口，P口与A口、T口与B口可由电机驱动的螺杆的旋转移动关闭或接通，活塞杆28与冲头连接在一起或为一体。

图中电机24可以采用步进电机或伺服电机，用于控制换向阀实现液压缸的位移及速度控制；缸体25是阀体和缸体的结合体；阀芯26是带有螺杆的阀芯，它和缸体25组成放大元件并控制液压缸的换向，即冲头的前进和后退；螺母27可使螺杆(反馈元件)带动阀芯26移动；活塞杆28是冲头力的输出元件。当电机转动时，因活塞杆28和螺母27不动，使螺杆(和阀芯一体)做螺旋运动产生左移，并使A口打开并与P口相通，B口打开并与T口相通，这时P口的高压油经阀芯和小油口进入油缸左腔，推动活塞杆右移，右腔油经B口和T回油箱，并带动阔芯26右移使A口和B口关小，随着活塞杆28右移，A口越来越小，直至A口和B口关闭，活塞杆28静止。如果电机24连续转动时，活塞杆28也连续右移，反之亦然。这样就实现了通过控制电机的转数来控制液压缸的位移。

用于多点模具成形装置或多点压机成形装置上的冲头，均可以采用带有垫板的冲头，垫板由弹簧钢制成。其结构参阅图2和图3：垫板通过钢球用橡胶套或弹簧固定在冲头的端部。

对于板材的无模多点成形，由于成形工具及成形方式与传统板材成形时不同，会产生一些独特的成形缺陷，如压痕，为防止压痕缺陷的产生，设计了带有垫板的柔性冲头，有效地抑制了成形过程中压痕缺陷。柔性冲头可以采用由弹簧钢制成的垫板7，垫板7通过钢球8用橡胶套6或弹簧6’固定在冲头的端部。带有垫板的冲头，在垫板7与冲头之间联接的方式有两种。图2为采用橡胶套联接：图3为采用弹簧联接。两种联接方式都具有结构简单，工作可靠的特点，变形完成后能顺利地恢复到原始位置。在板材无模多点成形装置工作时，垫板可根据成形曲面形状的需要变换其角度，变形结束后，垫板7将恢复原状。带有垫板的冲头可以适应各种曲面形状的成形需要，由于垫板7增加了冲头与板材的接触面积，避免了板材变形的集中载荷直接作用在板材之上，起到了均布载荷的作用，改善了板材的受力状态，很好地抑制了板材多点成形中的压痕缺陷，保证了成形件的表面质量。

为了适应不同形状的板材成形件及不同的板材成形方式的需要，上、下基本体群可以采用一个或多个。

Claims (8)

1、板材无模多点成形装置由上、下基本体群(1)，调整机构(2)和加载机构组成，其特征在于上、下基本体群(1)由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，由统一的调整机构(2)调整到成形位置后，再由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。

2、按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的调整机构(2)是由调压电磁铁(16)、动板(17)、花键轴(18)和柔性夹头(19)组成，调压电磁铁(16)固定在固定板(21)上，动板(17)与调压电磁铁铁芯刚性联接，柔性夹头(19)的上端装在动板(17)与固定板(21)之间的弹簧(20)内，其下端套装在固定板(21)上，柔性夹头(19)上端为花键套，通过与花键套相配合的花键轴(18)连接在动板(17)上。

3、按权利要求1或2所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的柔性夹头(19)是由三个圆环(11)、(12)、(13)套装在一起，每个圆环的侧壁上设有销钉孔，圆环(11)与圆环(12)，圆环(12)与圆环(13)之间分别通过带有弹簧的销钉(14)连接，圆环(11)的顶部与圆环(13)内顶壁之间装有弹簧(15)。

4、按权利要求1所述的板材无模多点成形装置，柔性冲头可以采用带有氮气弹簧或螺旋弹簧的冲头，其特征在于所说的带有螺旋弹簧的冲头是把冲头的工作端(22)通过弹簧(23)装在冲头体(10)上。

5、板材无模多点成形装置，是由机架(3)，上、下基本体群(1)，调整机构(2′)，自动控制系统，曲面造型系统，动力系统(4)和测量系统组成，其特征在于上、下基本体群(1)由多个可以独立调整的冲头组成，冲头可沿其轴向位移，其位移和速度由控制系统控制，按曲面造型系统设计的形状，通过每个冲头的调整机构(2′)在成形过程中进行调整，并由加载机构加载成形，冲头可以采用防止产生皱纹的柔性冲头。

6、按权利要求5所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的调整机构是由电机(24)驱动的控制换向阀和液压缸组成，液压缸的内腔为阶梯形，活塞杆(28)置于右侧腔内，并把该腔分为两腔，左侧腔内为带有螺杆的阀芯(26)，螺杆与电机轴连接，液压缸左侧腔上分别设有与动力机构相通的高压油口P、回油口T和与活塞杆(28)左、右两腔相通的A口、B口，P口与A口、T口与B口可由电机(24)驱动的螺杆的旋转移动关闭或接通，活塞杆(28)与冲头连接在一起或为一体。

7、按权利要求1或5所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的柔性冲头可以采用由弹簧钢制成的垫板(7)，垫板(7)通过钢球(8)用橡胶套(6)或弹簧(6′)固定在冲头的端部。

8、按权利要求1或5所述的板材无模多点成形装置，其特征在于所说的上、下基本体群可以采用一个或多个。

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