CN207494320U - 基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，它解决了现有技术中无法实现复杂型面大成形角度板材加工问题，具有延缓破裂、拟制起皱以及提高成形性能等优势，其方案如下：基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，包括支撑底座，周侧设置可调立柱，支撑底座与可调立柱形成成形腔体，成形腔体内装有设定体积设定压力的可流动液体；板材成形夹具，与可调立柱可拆卸连接用于固定板材的端部；可调支撑，设于成形腔体内，底部与支撑底座固定，顶部与密封顶模接触并支撑板材，设有多个；成形工具头，设于成形腔体上表面；控制器，与可调支撑连接用于控制各个可调支撑的高度，对板材成形进行控制，且与成形工具头连接。

Description

基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置

技术领域

本实用新型涉及板材复杂曲面成形技术领域，特别是涉及基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置。

背景技术

渐进成形工艺作为一种柔性无模成形技术，是基于快速原型制造技术“分层制造”的思想迅速发展起来的。目前渐进成形分为单点和双点两种主要形式，双点渐进成形可进行复杂几何形状的成形，但底部模具的制造仍需耗费较大的人力与财力，且无法实现一模多用或单模多形等加工需要，无法满足受众与企业越来越多的个性化需求。

现有的渐进成形技术，在成形复杂形状尤其是具有较大成形角与形状变化位置处，存在着多向应力，加之工具头多次加载的影响，减薄增大、塑性低、成形性能差，容易产生破裂、起皱等现象。

液体具有流动性、不可压缩性与流动润滑性等特性，在液体压力作用下，成形零件的成形性能会得到极大地提高，从而获得较高质量的成形零件，但目前成形件的形状较为简单，无法生产具有复杂曲面与复杂构型的零件。

现有的液压辅助渐进成形技术由于缺少硬性凹凸变化支撑，工具头只能沿着轨迹在同一水平面移动，无法成形三维曲率变化曲面，尤其是同一平面内的凹凸多变化三维曲面与较大成形角的曲面，同时对于局部范围内较小凸起与较小凹台多变化曲面成形也无法完成，因此该技术无法满足用户的个性化需求；另外该技术无法保证未加工时成形腔体内液体的密封要求；另外现有技术中为了成形变曲面结构，借助上、下压头液压缸的压力差，使板料产生变形，但该成形方法中板材挤压在上下压头之间，跟随上下压头压力差的变化产生变形，加工件容易产生由于上下压头挤压产生的压痕，对成形件的成形表面质量与成形性能产生较大影响；再者，上下压头同时变化相同幅度，控制难度较大，板料容易产生错动与滑移，且由于一次成形，成形极限受到较大制约，容易产生成形缺陷；而且由于上下压头尺寸限制等结构特点，无法实现大角度形状成形以及局部范围内凹凸变曲面成形。

因此，需要对基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置进行新的研究设计。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，该装置设有液压支柱可调硬性支撑和液体压力柔性支撑相结合的复合支撑系统，硬性支撑包括多组支撑柱，通过调整不同位置的支撑高度以及可调立柱高度来成形各种复杂曲面，避免破裂、起皱等失稳现象，提高成形性能。

基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置的具体方案如下：

基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，包括：

支撑底座，周侧设置可调立柱，支撑底座与可调立柱形成成形腔体，成形腔体内装有设定体积设定压力的可流动液体；

板材成形夹具，与可调立柱可拆卸连接用于固定板材的端部；

可调支撑，设于成形腔体内，底部与支撑底座固定，顶部密封顶模接触并支撑板材，密封顶膜两端部设于可调立柱顶部，密封顶膜与板材均通过板材成形夹具进行固定，以避免液体与板材的直接接触，且可调支撑设有多个；

成形工具头，设于成形腔体上表面；

控制器，与可调支撑连接用于控制各个可调支撑的高度，对板材成形进行控制，且与成形工具头连接。

上述的装置，通过调整不同位置的支撑高度以及成形腔体立柱高度来成形各种复杂曲面，采用液体填充剩余成形腔体，改善关键位置与易发生成形缺陷位置的成形质量，解决破裂、起皱等失稳现象，提高成形性能。

进一步地，为了实现自动化控制，所述控制器与所述的可调立柱连接用于控制可调立柱的高度。

进一步地，所述可调支撑设有多组，相邻两组间隔设定距离设置，每组设有至少一个，优选方案是每组设置9个可调支撑，9个可调支撑分三排三列设置，且每组相邻两个可调支撑紧邻设置，整个成形装置设置25组可调支撑模块，25组分5排5列设置，相邻两组间隔设定距离设置，均布在成形腔体底部，根据需要，调节可调支撑的高度，可在不同局部范围实现三维多凹凸变化，同时在同一局部范围内，也可成形较小凸起与较小凹台多变化曲面，当中部可调支撑高度最高时，则可用于形成复杂凸曲面的中部，当中部可调支撑高度较低时，可用于形成复杂凹曲面的中部。

进一步地，所述可调支撑包括液压套筒，液压套筒内设置液压杆，液压杆底部设置回复弹簧，通过回复弹簧的设置，要求液压杆上升时，由于弹簧力的作用，可使液压杆上升更加平稳，当要求液压杆下降时，借助弹簧回复力作用，实现可调支撑的快速回位。

进一步地，所述板材成形夹具为圆环形，且板材成形模具端部与可调立柱顶部形成用于容纳板材端部的空腔，板材成形夹具通过紧固件如螺栓与可调立柱固连。

进一步地，所述可调立柱顶部内侧设有凹槽，凹槽内固定腔体密封顶模，腔体密封顶模材料为橡胶弹性材料，这样能够随着不同成形曲面的需要，在可调支撑与可调立柱的变化下随动发生变化，未加工时将成形腔体形成封闭腔体，保证腔体内液体的纯净，并可提高使用寿命，减少可调支撑顶端的磨损。

进一步地，所述支撑底座内设置第一液压控制单元，第一液压控制单元与每一可调支撑一一连接。

进一步地，所述支撑底座内还设置第二液压控制单元，第二液压控制单元与每一可调立柱一一连接，所述支撑底座内还设置第二液压控制单元，第二液压控制单元与每一可调立柱一一连接，第一液压控制单元与第二液压控制单元与液压泵连接，液压泵通过管路与成形腔体连接，液压泵设置溢流阀，第二液压控制单元包括调速阀、电磁三位四通H型换向阀与液压锁，液压泵以此通过调速阀、电磁三位四通H型换向阀与液压锁与可调立柱连接，在液压泵与第二液压控制单元之间设置第三压力表，成形腔体的入口与出口处均设置溢流阀，在进油口设置第一压力表，出油口设置第二压力表。

其中，控制器接收各个压力表的信号，并控制液压泵、溢流阀、第一液压控制单元和第二液压控制单元的动作。

一种复杂曲面成形方法，采用所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置。

进一步地，使用步骤如下：

1)将板材设于成形腔体表面，端部用板材成形夹具固定；

2)通过计算机辅助制造CAE，根据不同客户要求，形成成形轨迹输入控制器内；

3)根据目标成形件几何形状，控制器控制可调支撑的高度，在不同局部范围内，调整不同组可调支撑的高度；在同一局部范围内，同一组的可调支撑高度同样进行适应性调整，最终实现符合目标成形件的柔性支撑；

4)成形工具头沿着预设轨迹进行逐层加工，在可调支撑作用下，可实现同一板材件的整体和局部凹凸多变化大角度的三维曲面成形；

5)随着加工的深度，控制器控制可调立柱的高度降低，同时控制器根据工艺需求调整各个可调支撑的高度与成形腔体的压力值，最终达到所需较大角度成形极限，形成所需的复杂曲面件。

通过该方法，不仅可以用于成形半球零配件等较规则零部件的制造，同时也可用于同一平面内的凹凸多变化三维曲面、局部范围内较小凸起与较小凹台多变化曲面以及大角度成形极限曲面等个性化、复杂零部件制造。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)该装置具有液压支柱硬性支撑和液体柔性支撑相结合的复合支撑系统，通过多个可调支撑的设置，构成可调节的柔性支撑，另外成形腔外侧的可调立柱进一步增大了成形的灵活度，最大程度下提高了成形装置的成形范围，可成形同时具有凹凸曲面的复杂板材件。

2)通过在成形腔体内添加流动液体，借助液体的不可压缩性、流动润滑性的特点，改善了现有渐进成形中尤其是关键位置与易发生缺陷位置的成形质量，避免了破裂、起皱等失稳现象，改善了成形表面质量，提高了成形性能。

3)通过建立的液压控制单元，有效的控制可调柔性支撑，同时可调立柱的高度随着成形工具头高度同步改变，可以实现拉伸状态下的渐进成形；将成形腔体内的压力控制在一定值，且实时显示压力值以用来调整；未加工时能够保证成形腔内的液体不会流失，可以保证腔内液体的纯净以及长期使用；本实用新型对于成形各种复杂曲面形状的板材，提高其成形性能，保证成形件表面质量，降低对成形件的损伤，实现个性化定制的渐进成形具有积极意义。

4)于凹槽内设置腔体密封顶模，腔体密封顶模材料为橡胶弹性材料，这样能够随着不同成形曲面的需要，在可调支撑与可调立柱的变化下随动变化，未加工时将成形腔体形成封闭腔体，保证腔体内液体的纯净，并可提高使用寿命，减少可调支撑顶端的磨损。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为可调支撑的布置图；

图3为液压控制示意图；

图4为成形整体凹凸变化三维曲面示例；

图5为成形局部凹凸变化三维曲面示例。

图中，支撑底座-1；电磁三位四通H型换向阀-2；液压锁-3；调速阀-4；溢流阀-5；压力表1-6；比例控制阀-7；先导式减压阀-8；压力表2-9；压力表3-10；液压泵-11；溢流阀-12；可调立柱-13；成形腔体-14；加工板材-15；板材成形夹具-16；成形工具头-17；回复弹簧-18；可调支撑-19；腔体密封顶模-20；密封圈-21；螺栓-22；垫圈-23。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，包括支撑底座、可调立柱、可调支撑和控制器，控制器包括液压控制单元。可调立柱13与支撑底座1组合形成成形腔体14，板材成形夹具16与可调立柱13上端在成形腔体14开口边缘处紧密配合，腔体密封顶模20固定在可调立柱13上端面的凹槽内，借助密封圈21固定设置，保证成形腔体为一个封闭腔体；加工板材15借助螺栓22、垫圈23固定于板材成形夹具16与可调立柱13之间，靠挤压力固定，与成形腔体14顶模接触。成形腔体14内的液体根据不同客户的成形需要与成形要求，液体压力由集成在支撑底座1内的液压控制单元控制，通过进油口B₁与出油口B₂调节成形腔体14压力。

腔体密封顶模20为柔性高弹性材料，能够随着不同成形曲面的需要，在可调支撑19与可调立柱的变化下随动发生变化，未加工时将成形腔体14形成封闭腔体，保证腔体内液体的纯净，并可提高使用寿命，减少可调支撑顶端的磨损。

可调支撑19的布置方式见图2所示，每一单元的升高借助支撑底座1内的液压控制单元，通过C₁、C₂、C₃等进油孔注入压力油，在弹簧力作用下平稳提升高度；通过C₁、C₂、C₃回油，每一单元的降低借助回复弹簧18的弹簧回复力，快速回复至指定高度。可调立柱13高度调节与可调支撑19模块类似，通过液压控制单元控制油口A₁进油，油口A₂出油，可调立柱包括圆筒，圆筒内设置撑杆，撑杆底部直径大于中上段直径，圆筒在撑杆底部的上方设置的油口A₁，油口A₂设于撑杆下方，可调立柱13高度升高；当液压控制单元控制油口A₂进油，油口A₁出油，可调立柱13高度降低。

液压控制单元如图3所示。液压控制单元由液压泵11与溢流阀12组成动力源，为整个液压控制系统提供动力，借助第三压力表10实时显示主油路的油压。溢流阀12起保护作用，防止油压过高。

液压控制单元主要包括三个不同的控制模块：

一、控制可调支撑19的第一液压控制单元，由比例控制阀7控制，每一组可调支撑10对应的比例阀7上下设置，要实现不同单元的不同高度，通过液压泵11输入液压油，经过不同的比例控制阀7，将不同压力的控制油输送进不同的油口，例如C₁、C₂、C₃，从而控制不同组的不同可调支撑单元，达到不同的高度；

二、控制可调立柱13的第二液压控制单元，包括电磁三位四通H型换向阀2、液压锁3以及调速阀4，可调立柱13要求同步运行，当要求达到一定高度时，确定此时的液体压力值，由液压泵11输送液压油，通过油路、调速阀4经由电磁三位四通H型换向阀2、液压锁3进入油口A₁,使可调立柱升高，当达到一定高度时，电磁三位四通H型换向阀2阀芯设为中位，进、出口都被封闭，可调立柱13便恒定固定在同一高度处。借助液压锁3可以精确的使可调立柱13在任何位置锁紧；

三、控制成形腔体14内压力的液压控制单元，包括先导式减压阀8、溢流阀5、第一压力表6与第二压力表9。通过设定先导式减压阀8的输出口压力，将一定压力的油输入至腔体内，第二压力表9实时显示输入端的压力值，设定第一压力表6的值，当压力值过低时，无法满足成形要求时，调节溢流阀5与先导式减压阀8提高成形腔体压力，当加工过程中若压力突然增大，调节溢流阀5，降低腔体压力。

成形时，首先将加工板材15固定于板材成形夹具16与可调立柱13之间，构成封闭腔体。借助计算机辅助制造CAE，根据不同客户要求，形成成形轨迹并借助计算机，求得可调支撑19模块不同单元的具体高度、可调立柱13的具体高度以及成形腔体具体压力值，根据获取的压力值，分别设定电磁三位四通H型换向阀2、比例控制阀7、先导式减压阀8以及溢流阀5的设定值，分别将不同的压力油通过油口A₂、A₁输入可调立柱13、通过油口C₁、C₂、C₃输入可调支撑19、通过油口B₁、B₂输入成形腔体14。借助三个压力表6、9、10来实时观测其压力值的变化，并进行相应的调整。

压力油输入后，成形工具头17沿着预设轨迹进行逐层加工，控制可调支撑19的第一液压控制单元，由比例控制阀7控制，每一组可调支撑10对应的比例阀7上下设置，通过液压泵11输入液压油，经过不同的比例控制阀7，将不同压力的控制油输送进不同的油口，例如C₁、C₂、C₃，25组可调支撑产生高度变化，在不同局部范围内，不同组可调支撑具有不同的高度；在同一局部范围内，同一组的可调支撑也进行不同高度的调节，成形工具头沿着预设轨迹进行逐层加工，在可调支撑模具作用下，可实现同一板材件的整体和局部凹凸多变化大角度三维曲面件成形。

随着加工的深入，可调立柱13的高度需要降低，此时，调节电磁三位四通H型换向阀2，使其位于右位，此时通过A₂输入压力油，A₁输出压力油，此时可调立柱13的高度将降低。借助液压锁3，可以使可调立柱13随着加工的不断深入而不断降低，最终达到所需成形深度。

加工时，成形腔体内充满液体，工具头按着轨迹移动时，液体对板材同样支撑，与工具头成形力方向形成一个反向的压力P，在高度变化位置形成多向应力，将对该局部的成形件起一定的保护作用。

在成形过程中，工具头的移动是按照固定轨迹进行移动的，逐轨迹逐层进行加工，调节可调立柱的高度，可以在加工逐步深入的情况下，随动的增加成形时的深度极限，调节比较方便，尤其是对于凸起结构的复杂结构件来说，可以更好的保证加工精度，提高工件的成形质量。对工具头高度进行调节，调节繁重，不如进行可调立柱高度调节轻便。

据此，成形完成，形成所需的复杂曲面件。

本申请的另一典型示例如图4所示，成形整体凹凸变化三维曲率曲面。

1)将板材设于成形腔体表面，端部用板材成形夹具固定；

2)通过计算机辅助制造CAE，根据不同客户要求，形成成形轨迹输入控制器内；

3)根据目标成形件几何形状，控制器控制可调支撑的高度。在不同局部范围内，不同组可调支撑具有不同的高度,图4示意了一种M形构件形状，实现符合目标成形件的柔性支撑。

4)成形工具头沿着预设轨迹进行逐层加工，在可调支撑模具作用下，可实现同一板材件的整体凹凸多变化大角度三维曲面件成形。

5)随着加工的深度，控制器控制可调立柱的高度降低，同时控制器根据工艺需求调整各个可调支撑的高度与成形腔体的压力值，最终达到所需较大角度成形极限，形成所需的复杂曲面件。

本申请的又一典型示例如图5所示，成形局部凹凸变化三维曲率曲面。

1)将板材设于成形腔体表面，端部用板材成形夹具固定；

2)通过计算机辅助制造CAE，根据不同客户要求，形成成形轨迹输入控制器内；

3)根据目标成形件几何形状，控制器控制可调支撑的高度。在同一局部范围内，同一组的可调支撑也进行不同高度的调节，以达到局部位置的几何曲面要求，图5为示意了在中间位置具有与整体曲面不同的局部特征，最终实现符合目标成形件的柔性支撑。

4)成形工具头沿着预设轨迹进行逐层加工，在可调支撑模具作用下，可实现同一板材件的局部凹凸多变化三维曲面件成形。

5)随着加工的深度，控制器控制可调立柱的高度降低，同时控制器根据工艺需求调整各个可调支撑的高度与成形腔体的压力值，最终达到所需较大角度成形极限，形成所需的复杂曲面件。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，包括：

支撑底座，周侧设置可调立柱，支撑底座与可调立柱形成成形腔体，成形腔体内装有设定体积设定压力的可流动液体；

板材成形夹具，与可调立柱可拆卸连接用于固定板材的端部；

可调支撑，设于成形腔体内，底部与支撑底座固定，顶部与密封顶模接触并支撑板材，且可调支撑设有多个；

成形工具头，设于成形腔体上表面；

控制器，与可调支撑连接用于控制各个可调支撑的高度，对板材成形进行控制，且与成形工具头连接。

2.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述控制器与所述的可调立柱连接用于控制可调立柱的高度。

3.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述可调支撑设有多组，相邻两组间隔设定距离设置，每组设有至少一个。

4.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述可调支撑包括液压套筒，液压套筒内设置液压杆，液压杆底部设置回复弹簧。

5.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述板材成形夹具为圆环形，且板材成形模具端部与可调立柱顶部形成用于容纳板材端部的空腔。

6.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述可调立柱顶部内侧设有凹槽，凹槽内固定腔体密封顶模，腔体密封顶模材料为弹性材料。

7.根据权利要求1所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述支撑底座内设置第一液压控制单元，第一液压控制单元与每一可调支撑一一连接。

8.根据权利要求7所述的基于可调柔性多支撑的液压辅助渐进成形装置，其特征在于，所述支撑底座内还设置第二液压控制单元，第二液压控制单元与每一可调立柱一一连接，第一液压控制单元与第二液压控制单元与液压泵连接，液压泵通过管路与成形腔体连接。