CN202877315U - 常温或热态流体可重构模具胀形装置 - Google Patents

Abstract

常温或热态流体可重构模具胀形装置。 随着社会的发展，复杂的双曲板材在飞机、船舶、高速机车、汽车乃至建筑等诸多行业中，得到越来越多的运用。 一种常温或热态流体可重构模具胀形装置，其组成包括：带有油缸（1）的压力机，所述的压力机装在压力机下平台（2）上，所述的压力机下平台连接压边圈系统，板材（3）穿过所述的压边圈系统或板材拉形设备（5），所述的板材上方具有柔性垫层（4），所述的板材下方具有流体介质加热装置系统，所述的柔性垫层连接可重构模具系统，所述的可重构模具系统连接压力机滑块（6）。本实用新型用于常温或热态流体可重构模具胀形装置。

Description

常温或热态流体可重构模具胀形装置

技术领域：

本实用新型涉及一种用于板材成形的常温或热态流体可重构模具胀形装置。

背景技术：

随着社会的发展，复杂的双曲板材在飞机、船舶、高速机车、汽车乃至建筑等诸多行业中，得到越来越多的运用。人们不但要求成形的双曲面形状各异，又要求其成形精度高、生产效率高、表面质量好、材料厚度均匀。这就对板材成形工艺提出了极大的挑战。

在传统板料成形方法中，手工成形方法由于生产效率低、加工精度低、不适合大批量生产，在板料成形中占据不了主导地位。固定即不可重构模具成形方法生产效率高、加工件的精度高、适合大批量生产，多年来一直占据着主导地位。但缺点是固定即不可重构模具设计制造周期长，维护费用高，成形一个零件需要一个模具甚至有时需要多个模具，造成新产品开发周期长，成本高，产品稍作改变后模具需要重新设计更换。

随着飞机、船舶、高速机车、汽车业的发展，往往需要对大型的板材进行成形，传统工艺作大型板材的成形需要大吨位、大尺寸的机械设备。这样的设备造价高昂，制作周期长，同时耗能巨大，缺乏柔性，不能满足产品更新换代的需求。

因此，一些新形的板料成形技术应运而生，如：喷丸成形、激光成形、水射流无模成形技术、数字化渐进成形、无模多点成形等。然而这几种新形的板料成形技术也存在着一些缺点和局限性，喷丸成形的局限性是球面变形趋势、变形有限、限制条件苛刻、影响因素繁多等;激光成形的缺点是成本高，不容易控制;水射流无模成形技术还需要不断地完善，实际应用中还存在很多问题;数字化渐进成形需要制作模具，加工成本高、周期长，表面质量差等缺点；与前几种成形技术相比较，无模多点成形技术具有很多优点：实现无模成形、优化变形路径、小设备成形大形件、易于实现自动化。

多点无模成形技术根据成形方式分为：多点对压成形技术和多点拉伸成形技术。多点对压成形技术当遇到局部曲率变化较大时，容易出现皱褶，且回弹量较大。多点拉伸成形技术，相比多点对压成形技术，其回弹量小、成形精度较高、不起皱褶。现今的多点无模拉伸成形技术都是采用机械拉伸形式，例如用夹钳夹紧板料进行机械拉伸。而机械拉伸成形方式也存在以下缺陷：容易在板料内部形成应力集中现象，对很多强度低、延伸率小的金属材料及一些曲率变化较大的曲面而言，在拉伸过程中，容易产生撕裂。非常浪费材料。在资源如此短缺的今天，这种浪费显得尤为不该。无论是多点对压成形技术还是多点拉伸成形技术，回弹大，成形精度都不高。

对于大多数镁合金来说，由于材料具有密排六方晶体结构，镁合金室温下塑性加工性能较差，难以成形复杂形状的零件。当温度升高时，镁合金的塑性变形能力得到大幅度提高。铝合金在高温下的延伸率要比室温下高很多，能实现复杂零件成形。常温或热态流体可重构模具胀形装置就是在常温多点无模成形基础上发展而来。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种针对不同的材料，采用不同的成形温度和相应的压力介质;对于中温成形，可采用专用的耐热油作为压力介质，可以满足铝合金、镁合金等材料的成形；对于高温热成形，可采用熔盐或气体作为成形介质，适用于钛合金、镍基合金等高温合金材料。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种常温或热态流体可重构模具胀形装置，其组成包括：带有油缸的压力机，所述的压力机装在压力机下平台上，所述的压力机下平台连接压边圈系统，板材穿过所述的压边圈系统或板材拉形设备，所述的板材上方具有柔性垫层，所述的板材下方具有流体介质加热装置系统，所述的柔性垫层连接可重构模具系统，所述的可重构模具系统连接压力机滑块。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的可重构模具系统包括可重构模具基本体，所述的可重构模具基本体连接可旋转万向头或固定球头，所述的可旋转万向头或所述的固定球头连接所述的柔性垫层，所述的可重构模具基本体连接可重构模具壳体，所述的可重构模具壳体内装有可重构模具调形系统。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的流体介质加热装置系统包括带有测温热电偶的流体介质腔，所述的流体介质腔内装有液态介质或液压囊，所述的流体介质腔与所述的测温热电偶均连接温度控制系统，所述的流体介质腔连接控制系统，所述的控制系统连接增压器，所述的增压器连接冷热转换单元，所述的流体介质腔与所述的冷热转换单元之间装有高温单向阀，所述的高温单向阀连接热油泵，所述的热油泵连接热介质预热箱, 所述的液压囊外具有外箍件。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的压边圈系统包括柔性压边圈系统或固定压边圈系统，所述的柔性压边圈系统包括柔性压边圈下液压缸，所述的柔性压边圈下液压缸连接下柔性压边圈，所述的下柔性压边圈上方具有上柔性压边圈，所述的上柔性压边圈连接柔性压边圈上液压缸，所述的板材穿过所述的上柔性压边圈与所述的下柔性压边圈之间。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的压力机为单动力压力机或双单动力压力机。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的液压囊连接出液管和进液管，所述的出液管与所述的进液管连接液压站。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的可重构模具基本体和所述的上柔性压边圈的末端、所述的下柔性压边圈的末端均安装有固定球头或可旋转万向头，所述的固定球头或可旋转万向头连接所述的柔性垫层。

有益效果：

1.本实用新型由数控可重构模具、流体胀形技术、流体介质常温或加热供给装置组成，节省了制作模具的时间和费用，回弹小，成形精度高，表面质量好，板材减薄量均匀，成形极限高。

本实用新型的流体常温或热态可重构模具胀形系统，将流体介质常温或加热供给装置与板材的流体胀形技术结合在一起，形成了施力均匀、变形流畅、成形极限高、成形质量好、成形精度高、不损坏可重构模具的流体常温或热态可重构模具流体成形方法。

本实用新型适用于钢材、铝合金、镁合金、不锈钢、钛合金和镍基变形高温合金等室温易或难成形金属、合金板材的成形方法。其原理是通过常温或热态流体介质施加压力，使板材按照可重构模具设置的形状成形复杂的曲面。

本实用新型热态胀形与常温流体胀形相比有以下两个明显优点；一是提高板材成形极限，增加零件复杂程度；二是降低成形压力。

本实用新型实现了无模成形通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的成形曲面，可以取代传统的整体模具节省模具设计制造、调试和保存等所需的人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力；与模具成形法相比，不但节省加工制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间；与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高了生产效率。

本实用新型实现了自动化，曲面造形采用计算机辅助，实现CAD/CAM/CAE 一体化生产，工作效率高 ，劳动强度小，极大地改善了劳动者作业环境。

本实用新型提高板材成形极限，增加零件复杂程度；以镁合金为例，采用热态油作为传力介质，使板材在200℃~300℃成形，由于板材塑性显著提高，使大膨胀率和复杂变截面构件的成形成为可能。

本实用新型降低了成形压力，由于热态下材料流动盈利低，零件过渡圆角成形所需压力低，与室温成形比，可以减小成形压力，增加系统装置的成形范围。在同样成形压力下，热态成形可以获得更小的过渡圆角，因此可以成形更复杂的零件。

本实用新型成形极限高，由于液压胀形中液压的作用，使坯料与凹模紧紧贴合，产生“摩擦保持效果”，提高了传力区的承载能力；更为重要的是，对于汽车制造领域的复杂曲面零件，反向液压的作用形成“软拉深伸筋”，消除悬空区，坯料与模具之间建立起有益摩擦使得凹模底部圆角处坯料的径向拉应力减小，应变轨迹在成型极限图上向左偏移，可大幅提高成形极限，而传统拉深伸的等双拉应力状态则容易导致拉裂。

本实用新型成形精度高，多点模具调形采用闭环控制，将调形精度控制在微米级；多点模具基本体末端的固定球头或可旋转万向头以顶点为球心转动，消除了普通圆头基本体的弧线误差；使用液压成型胀形显著改善了工件的成型质量和性能，工件与模具的贴合程度好，回弹量极小。

本实用新型板材厚度减薄量均匀，残余应力小；热态液压成形使得板材加热，在成形的过程中，受力均匀，工件的每个点均匀的进入塑性变形，变形匀称，所以成形后的工件全部进入塑性变形阶段，厚度均匀，几乎没有残余应力。

附图说明：

附图1是本产品多点流体热态胀形系统可重构模具在上，流体介质腔在下的单动压力机的结构示意图。

附图2是本产品多点流体热态胀形系统的双动压力机的结构示意图。

附图3是附图1和附图2的可旋转万向头结构示意图。

附图4是附图1和附图2的固定球头结构示意图。

附图5是附图1和附图2的流体介质加热装置系统示意图。

附图6是本产品多点流体热态胀形系统流体介质腔在上，可重构模具在下的单动压力机的结构示意图。

附图7是本产品多点流体热态胀形系统流体介质腔在上，可重构模具在下的双动压力机的结构示意图。

附图8是附图1、附图2、附图6、附图7中拉边结构示意图。

附图9是下柔性压边圈与可重构模具基本体相对位置示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种常温或热态流体可重构模具胀形装置，其组成包括：带有油缸1的压力机，所述的压力机装在压力机下平台2上，所述的压力机下平台连接压边圈系统，板材3穿过所述的压边圈系统或板材拉形设备5，所述的板材上方具有柔性垫层4，所述的板材下方具有流体介质加热装置系统，所述的柔性垫层连接可重构模具系统，所述的可重构模具系统连接压力机滑块6。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的压力机为单动力压力机7或双单动力压力机8。

实施例2：

实施例1所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的可重构模具系统包括可重构模具基本体9，所述的可重构模具基本体内装有可重构模具30，所述的可重构模具基本体连接所述的柔性垫层，所述的可重构模具基本体连接可重构模具壳体10，所述的可重构模具壳体内装有可重构模具调形系统11。

实施例3：

实施例1所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的流体介质加热装置系统包括带有测温热电偶12的流体介质腔13，所述的流体介质腔内装有液态介质14或液压囊15，所述的流体介质腔与所述的测温热电偶均连接温度控制系统16，所述的流体介质腔连接计算机控制系统17，所述的计算机控制系统连接增压器18，所述的增压器连接冷热转换单元19，所述的流体介质腔与所述的冷热转换单元之间装有高温单向阀20，所述的高温单向阀连接热油泵21，所述的热油泵连接热介质预热箱22, 所述的液压囊外具有外箍件33。

所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的液压囊连接出液管23和进液管24，所述的出液管与所述的进液管连接液压站25。

实施例4：

实施例1所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的压边圈系统包括柔性压边圈系统或固定压边圈系统，所述的柔性压边圈系统包括柔性压边圈下液压缸26，所述的柔性压边圈下液压缸连接下柔性压边圈27，所述的下柔性压边圈上方具有上柔性压边圈28，所述的上柔性压边圈连接柔性压边圈上液压缸29，所述的板材穿过所述的上柔性压边圈与所述的下柔性压边圈之间。

实施例5：

上述所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，所述的可重构模具基本体和所述的上柔性压边圈的末端、所述的下柔性压边圈的末端均安装有固定球头31或可旋转万向头32，所述的固定球头或可旋转万向头连接所述的柔性垫层，所述的固定球头为高分子弹性材料或者金属材料，选用高分子弹性材料或者金属材料根据成形板材材质和形状确定。

实施例6：

一种常温或热态流体可重构模具胀形装置的胀形方法，流体压力介质水或油或气体，在热介质预热箱进行预热；待温度达到常温或热态要求后，由热油泵将热介质预热箱中的热态介质输入到流体压力介质腔内，流体压力介质腔的增压依靠高压源即增压器；由于密封原件和高压伺服阀的限制，增压器不能直接驱动热介质，因此在增压器和热态介质预热箱中的热态介质之间增设一个冷热转换单元；冷热转换单元一端连接增压器，冷热转换单元另一端连接热介质预热箱和流体压力介质腔；于是热介质与增压器之间被隔绝开来，增压器的动作仍可由伺服阀精密控制，不受热态介质高温影响，而冷热转换单元可将增压器的压力1:1地传递到流体压力介质腔内；流体压力介质腔内的温度通过热电偶测量并反馈给温度控制系统，并由温度控制系统加热保持对待加工板材变形所需要的温度；增压前，在热油泵的作用下，冷热转换单元的活塞被推向低温段，热介质在输入到流体压力介质腔的同时被输入到冷热转换单元的高温端；增压时，增压器输出的高压流体进入冷热转换单元的低温端并将推动转换单元活塞，进而将冷热转换单元中的高温高压介质向流体压力介质腔推动；此时，如果增压器回程，冷热转换单元高温端压力下降，热油泵又可推开单向阀，将热介质补充到冷热转换单元高温端，并用于下一次增压过程；流体介质由温度控制系统自动加热和保温，对固定球头或可旋转万向头采取隔热和冷却措施；由单动压力机提供合模力，成形特殊形状的工件采用双动压力机。

实施例7：

实施例6所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置的胀形方法，上压边圈和下压边圈也可以是柔性可调压边圈，也可以不用压边而采用拉边方式，拉边可采用两边拉边或四边拉边的方式；可重构模具基本体为丝杆升降机构，通过丝杆的旋转，来实现丝杆螺母的升降，或可重构模具基本体为液压升降机构，通过液体的流动来实现活塞的升降；柔性垫层采用高分子柔性材料，可以是聚氨酯板或聚酰胺板或橡胶板高分子复合材料，柔性垫层也可以是薄壁低屈服应力金属材料或在高分子柔性材料内复合金属夹片，柔性垫层下表面需复合柔性耐高温隔热材料。根据成形工件外形特点及成形工件材质确定；流体介质腔内装有高压流体，流体介质腔采用耐高温材料，根据成形工件外形特点及成形工件材质确定；可旋转万向头以可旋转万向头顶部中心点为球心转动，转动过程中，顶部中心点竖向坐标不改变，所述的固定球头或可旋转万向头可拆卸，根据成形曲面形式进行更换，所述的固定球头为高分子弹性材料或者金属材料，根据成形板材材质和形状确定；多点模具控制系统采用基于PC的控制系统或基于微处理器的控制系统或基于PLC的控制系统或专用运动控制系统；常温的温度为室温，热态的温度为150-800℃。

实施例8：

上述实施例所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，流体介质加热装置系统，压力机，可重构模具，柔性压边圈，流体胀形系统，成形控制系统。

所述的流体介质加热装置系统，流体压力介质（水、油或气体）在热介质预热箱进行预热。待温度达到要求后，由热油泵将热介质预热箱中的热态介质输入到流体压力介质腔。流体压力介质腔的增压依靠高压源（增压器）。由于密封原件和高压伺服阀等的限制，增压器不能直接驱动热介质，因此在增压器和热态介质预热箱中的热态介质之间增设一个冷热转换单元。该单元一端连接增压器，另一端连接热介质预热箱和流体压力介质腔。于是热介质与增压器之间被隔绝开来，增压器的动作仍可由伺服阀精密控制，不受热态介质高温影响，而转换单元可将增压器的压力1:1地传递到流体压力介质腔。流体压力介质腔内的温度通过热电偶测量并反馈给温度控制系统，并由该系统加热保持对待加工板材变形所需要的温度。增压前，在热油泵的作用下，冷热转换单元的活塞被推向低温段，热介质在输入到流体压力介质腔的同时被输入到冷热转换单元的高温端。增压时，增压器输出的高压流体进入冷热转换单元的低温端并将推动转换单元活塞，进而将冷热转换单元中的高温高压介质向流体压力介质腔推动。此时，如果增压器回程，冷热转换单元高温端压力下降，热油泵又可推开单向阀，将热介质补充到冷热转换单元高温端，并用于下一次增压过程。流体介质由温度控制系统自动加热和保温，对固定球头或可旋转万向头采取隔热和冷却措施。

所述的压力机采用单动压力机提供合模力，成形特殊形状的工件采用双动压力机。

所述的可重构模具与多点模具调形系统连接，所述的多点模具和所述的多点模具调形系统安装在壳体内，所述的壳体与压力机连接，所述的多点模具连接固定球头或可旋转万向头，所述的固定球头或可旋转万向头与柔性垫层连接，所述的柔性垫层与板材连接，所述的板材位于上压边圈和下压边圈之间，上下压边圈也可以是柔性可调压边圈，也可以不用压边而采用拉边方式，拉边可采用两边拉边或四边拉边的方式，所述的柔性垫层位于所述的固定球头或可旋转万向头和所述的板材之间，流体介质加热装置系统与所述的流体介质腔连接。

所述的基本体为丝杆升降机构，通过丝杆的旋转，来实现丝杆螺母的升降，或基本体为液压升降机构，通过液体的流动来实现活塞的升降。

所述的柔性垫层采用高分子柔性材料，可以是聚氨酯板或聚酰胺板或橡胶板等高分子复合材料，所述的柔性垫层也可以是薄壁低屈服应力金属材料或在高分子柔性材料内复合金属夹片，根据成形工件外形特点及成形工件材质确定。

所述的流体胀形系统，所述的流体介质腔内装有高压流体，所述的流体介质腔采用高分子材料，根据成形工件外形特点及成形工件材质确定。

所述的可重构模具基本体和所述的上下柔性压边圈末端都安装有所述的固定球头或可旋转万向头，所述可旋转万向头以所述的可旋转万向头顶部中心点为球心转动，转动过程中，顶部中心点竖向坐标不改变，所述的固定球头或可旋转万向头可拆卸，根据成形曲面形式进行更换，所述的固定球头为高分子弹性材料或者金属材料，根据成形板材材质和形状确定。

所述的多点模具控制系统采用基于PC的控制系统或基于微处理器的控制系统或基于PLC的控制系统或专用运动控制系统。

Claims (7)

1.一种常温或热态流体可重构模具胀形装置，其组成包括：带有油缸的压力机，其特征是：所述的压力机装在压力机下平台上，所述的压力机下平台连接压边圈系统，板材穿过所述的压边圈系统或板材拉形设备，所述的板材上方具有柔性垫层，所述的板材下方具有流体介质加热装置系统，所述的柔性垫层连接可重构模具系统，所述的可重构模具系统连接压力机滑块。

2.根据权利要求1所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的可重构模具系统包括可重构模具基本体，所述的可重构模具基本体连接可旋转万向头或固定球头，所述的可旋转万向头或所述的固定球头连接所述的柔性垫层，所述的可重构模具基本体连接可重构模具壳体，所述的可重构模具壳体内装有可重构模具调形系统。

3.根据权利要求1或2所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的流体介质加热装置系统包括带有测温热电偶的流体介质腔，所述的流体介质腔内装有液态介质或液压囊，所述的流体介质腔与所述的测温热电偶均连接温度控制系统，所述的流体介质腔连接控制系统，所述的控制系统连接增压器，所述的增压器连接冷热转换单元，所述的流体介质腔与所述的冷热转换单元之间装有高温单向阀，所述的高温单向阀连接热油泵，所述的热油泵连接热介质预热箱, 所述的液压囊外具有外箍件。

4.根据权利要求1或2或3所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的压边圈系统包括柔性压边圈系统或固定压边圈系统，所述的柔性压边圈系统包括柔性压边圈下液压缸，所述的柔性压边圈下液压缸连接下柔性压边圈，所述的下柔性压边圈上方具有上柔性压边圈，所述的上柔性压边圈连接柔性压边圈上液压缸，所述的板材穿过所述的上柔性压边圈与所述的下柔性压边圈之间。

5.根据权利要求1或2所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的压力机为单动力压力机或双单动力压力机。

6.根据权利要求3所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的液压囊连接出液管和进液管，所述的出液管与所述的进液管连接液压站。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的常温或热态流体可重构模具胀形装置，其特征是：所述的可重构模具基本体和所述的上柔性压边圈的末端、所述的下柔性压边圈的末端均安装有固定球头或可旋转万向头，所述的固定球头或可旋转万向头连接所述的柔性垫层。

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