RU2819195C1 - Forming tool with three-axis force measurement system - Google Patents
Forming tool with three-axis force measurement system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819195C1 RU2819195C1 RU2023123023A RU2023123023A RU2819195C1 RU 2819195 C1 RU2819195 C1 RU 2819195C1 RU 2023123023 A RU2023123023 A RU 2023123023A RU 2023123023 A RU2023123023 A RU 2023123023A RU 2819195 C1 RU2819195 C1 RU 2819195C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- strain gauge
- working element
- sphere
- walls
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к деформирующим инструментам, которые используются при инкрементальном формообразовании.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to deforming tools that are used in incremental shaping.
Инкрементальное формообразование представляет собой процесс обработки листового материала, в котором заготовка локально деформируется пуансоном со сферическим торцом путем перемещения одного или нескольких инструментов вдоль заданного направления. Концевые части заготовки при этом жестко фиксируются между нижней плитой и прижимом. Технология позволяет работать с конструкционными, нержавеющими, высокопрочными и оцинкованными сталями, цветными металлами, титаном и другими материалами.Incremental forming is a sheet metal processing process in which the workpiece is locally deformed by a ball-faced punch by moving one or more tools along a specified direction. The end parts of the workpiece are rigidly fixed between the bottom plate and the clamp. The technology allows you to work with structural, stainless, high-strength and galvanized steels, non-ferrous metals, titanium and other materials.
Известен силомоментный датчик (патент RU209704, МПК G01L 5/16, опубл. 18.03.2022), который выполнен в виде цилиндрического корпуса. В который установлена плата управления, монтажная пластина, имеющая крепления для установки датчика на манипулятор, упругий элемент в виде креста с четырьмя плечами, в центральной части которого выполнено четыре резьбовых отверстия, в каждом плече выполнен вырез, делящий его на две части и образующий по четыре измерительные площадки на каждом плече. На краях плеч выполнены отверстия для крепления в цилиндрическом корпусе. Лицевая панель устанавливается на упругий элемент через резьбовые отверстия и связана с корпусом через герметизирующее уплотнение. На передней части лицевой панели выполнены резьбовые отверстия для установки инструмента и оснастки, так же имеются отверстия для установки винтов, служащих для регулировки зазора между ней и корпусом.A force-torque sensor is known (patent RU209704, IPC
Недостатком данного решения является достаточно сложная конструкция. Также датчик подобной конструкции не способен выдержать те нагрузки, которые предполагает инкрементальное формообразование.The disadvantage of this solution is its rather complex design. Also, a sensor of this design is not able to withstand the loads that incremental shaping requires.
Известен датчик силы (патент RU 216434, МПК G01L 1/22, опубл. 03.02.2023), содержащий корпус в виде цилиндра, с поршневым рычагом, одна из его головок представляет собой основание поршневого рычага, а вторая сторона представляет собой головку, в виде твердого шара диаметром около 5 мм, касающегося измеряемого участка. В цилиндре устроен паз, расположенный вдоль продольной оси цилиндра. Сверху цилиндра установлен линейный резистор переменный, содержащий соединительные провода и маленькую рукоять длиной около мм, рукоять резистора соединена с другим пазом, расположенным у основания поршневого рычага, перед основанием поршневого рычага установлена первая пружина, а вторая пружина после него (с целью получения нулевого положения датчика, когда не будет внешнего воздействия). Датчик силы также содержит гайку, расположенную на расстоянии около 20 мм от головки цилиндра, для крепления датчик силы.A force sensor is known (patent RU 216434, IPC
Недостатком данного решения является возможность измерения усилия только вдоль оси датчика, а также невозможность одновременного воспроизведения инкрементального формообразования.The disadvantage of this solution is the ability to measure force only along the sensor axis, as well as the impossibility of simultaneous reproduction of incremental shaping.
Наиболее близким аналогом является датчик силы (патент RU2795669, МПК G01L 1/22, опубл. 05.05.2023), содержит мост тензорезисторов, который изготавливается из фольги в дискретно-распределенном исполнении в виде четырех тензорезисторов, расположенных на подложке. При этом мост состоит из двух цепочек поперечно расположенных дискретных резисторов и двух цепочек продольно расположенных резисторов. Каждый из четырех тензорезисторов представляет непрерывную вытянутую в продольном направлении цепочку, при этом продольные и поперечные цепочки поочередно чередуются между собой и объединены в единую конструкцию с помощью четырех контактных площадок, расположенных на краях цепочек.The closest analogue is a force sensor (patent RU2795669, IPC G01L 1/22, publ. 05/05/2023), contains a bridge of strain gauges, which is made of foil in a discretely distributed design in the form of four strain gauges located on a substrate. In this case, the bridge consists of two chains of transversely located discrete resistors and two chains of longitudinally located resistors. Each of the four strain gauges represents a continuous chain elongated in the longitudinal direction, while the longitudinal and transverse chains alternate with each other and are combined into a single structure using four contact pads located at the edges of the chains.
Основным недостатком устройства является сложность в его изготовлении, а также недостаточная прочность конструкции для произведения инкрементального формообразования.The main disadvantage of the device is the complexity of its manufacture, as well as the insufficient strength of the structure to carry out incremental shaping.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение чувствительности и точности измерения сил и моментов при инкрементальном формообразовании, а также повышение качества получаемых изделий.The technical result of the proposed solution is to increase the sensitivity and accuracy of measuring forces and moments during incremental shaping, as well as to improve the quality of the resulting products.
Технический результат достигается за счет того, что деформирующий инструмент, содержащий корпус с рабочим элементом, связанным с тензометрическими датчиками, включает в свой состав основание с двумя боковыми неразъемными стенками, две боковые грани, нижнюю крышку и верхнюю крышку, причем в центральной части основания установлен тензометрический датчик с возможностью измерения усилия, направленного вдоль вертикальной оси рабочего элемента в виде цилиндрического пуансона, а в центральной части каждой из боковых неразъемных стенок основания также установлен тензометрический датчик с возможностью измерения усилия на рабочий элемент вдоль оси перпендикулярной боковым неразъемным стенкам основания, при этом две боковые грани закреплены на основании и таким же образом имеют на своих центральных частях, установленные с возможностью измерения усилия рабочего элемента вдоль оси перпендикулярной боковым граням, тензометрические датчики, нижняя крышка корпуса закреплена на верхних частях боковых стенок основания и боковых граней, причем в ней установлена тарельчатая пружина, на которой размещена нижняя часть вставки со сферой, удерживаемой верхней частью вставки, которая, в свою очередь, зафиксирована верхней крышкой путем ее разъемного соединения с нижней крышкой, при этом рабочий элемент установлен в сфере с возможностью осевого перемещения, вращательного движения вместе со сферой, а также воздействия своей нижней частью на имеющиеся в инструменте тензометрические датчики.The technical result is achieved due to the fact that the deforming tool, containing a body with a working element connected to strain gauges, includes a base with two side one-piece walls, two side faces, a bottom cover and an top cover, and a strain gauge is installed in the central part of the base a sensor with the ability to measure force directed along the vertical axis of the working element in the form of a cylindrical punch, and in the central part of each of the side one-piece walls of the base there is also a strain gauge sensor with the ability to measure the force on the work element along the axis perpendicular to the side one-piece walls of the base, with two side the faces are fixed on the base and in the same way have on their central parts, installed with the ability to measure the force of the working element along the axis perpendicular to the side faces, strain gauges, the lower cover of the housing is fixed on the upper parts of the side walls of the base and the side faces, and a disc spring is installed in it , on which the lower part of the insert is placed with a sphere held by the upper part of the insert, which, in turn, is fixed by the upper cover by its detachable connection with the lower cover, while the working element is installed in the sphere with the possibility of axial movement, rotational movement together with the sphere, as well as the impact of its lower part on the strain gauge sensors present in the tool.
Устройство представляет собой приспособление для измерения усилий процесса инкрементального формообразования в различных направлениях и в каждой точке нахождения деформирующего инструмента, что в комплексе с программным обеспечением, решающим задачи систематизации, аналитического анализа и последующей визуализации полученных данных, позволяет получить сведения о ходе процесса, что повышает имеющиеся показатели точности. Определение значений, действующих в каждый момент времени процесса, сил позволяет получить более четкое понимание изменения макро и микроструктуры обрабатываемого материала, более детально изучить его свойства, произвести сравнительный анализ и выявить индивидуальные положительные характеристики процесса.The device is a device for measuring the forces of the incremental shaping process in various directions and at each point where the deforming tool is located, which, in combination with software that solves the problems of systematization, analytical analysis and subsequent visualization of the obtained data, allows you to obtain information about the progress of the process, which increases the available accuracy indicators. Determining the values of the forces acting at each moment in time of the process allows us to obtain a clearer understanding of the changes in the macro and microstructure of the material being processed, study its properties in more detail, perform a comparative analysis and identify individual positive characteristics of the process.
Использование сферы для установки пуансона и тензометрических датчиков, расположенных по трем осям, позволяет увеличить чувствительность и точность измерения сил и моментов при инкрементальном формообразовании, а также, соответственно, повысить качество получаемых изделийUsing a sphere to install a punch and strain gauges located along three axes allows you to increase the sensitivity and accuracy of measuring forces and moments during incremental shaping, and, accordingly, improve the quality of the resulting products
Сущность технического решения поясняется следующими чертежами:The essence of the technical solution is illustrated by the following drawings:
- на фиг. 1 изображен вид сверху деформирующего инструмента;- in fig. 1 shows a top view of the deforming tool;
- на фиг. 2 изображен разрез А-А деформирующего инструмента;- in fig. 2 shows a section A-A of the deforming tool;
- на фиг. 3 изображен разрез Б-Б деформирующего инструмента.- in fig. Figure 3 shows a section B-B of the deforming tool.
Деформирующий инструмент включает в свой состав корпус, который содержит основание (1), две боковые грани (2), нижнюю крышку (3) и верхнюю крышку (4), рабочий элемент в виде пуансона (5), вставка (6), в которую установлена сфера (7), тарельчатую пружину (8), переходники для датчиков (9) и тензодатчики (10).The deforming tool includes a body that contains a base (1), two side faces (2), a lower cover (3) and an upper cover (4), a working element in the form of a punch (5), an insert (6), in which a sphere (7), a disc spring (8), adapters for sensors (9) and strain gauges (10) are installed.
Сборка устройства осуществляется следующим образом.The device is assembled as follows.
В центральных частях нижней плиты основания, а также боковых неразъемных стенках основания (1) и боковых съемных гранях (2) устанавливают через переходники(9) тензометрические датчики (10). Производят установку боковых граней (2) между боковыми стенками основания (1) образую прямоугольную полость. Далее устанавливают в эту полость пуансон (5) нижней частью плотно прижимая к датчикам. Сверху через пуансон (5) устанавливают нижнюю крышку (3) на верхних гранях боковых стенок основания (1) и съемных боковых гранях (2). Через пуансон (5) в полость нижней крышки (3) устанавливают тарельчатую пружину (8), затем на нее сверху нижнюю часть вставки (6), далее сферу (7), верхнюю часть вставки (6), после чего закрывают и фиксируют все детали верхней крышкой (4). Таким образом пуансон (5) опирается на тензодатчики (10) и средней часть взаимодействует со сферой (7), которая в свою очередь имеет возможность вращения внутри вставки (6).In the central parts of the lower base plate, as well as the side one-piece walls of the base (1) and the side removable edges (2), strain gauges (10) are installed through adapters (9). The side faces (2) are installed between the side walls of the base (1) to form a rectangular cavity. Next, install the punch (5) into this cavity with its lower part tightly pressing it against the sensors. From above, through the punch (5), the bottom cover (3) is installed on the upper edges of the side walls of the base (1) and the removable side edges (2). A disc spring (8) is installed through the punch (5) into the cavity of the lower cover (3), then the lower part of the insert (6) is placed on top of it, then the sphere (7), the upper part of the insert (6), after which all parts are closed and fixed. top cover (4). Thus, the punch (5) rests on strain gauges (10) and the middle part interacts with the sphere (7), which in turn has the ability to rotate inside the insert (6).
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
При осуществлении инкрементального формообразования при перемещении инструмента вдоль заданного направления пуансон (5) со сферическим торцом осуществляет давление на заготовку. Если сила действует по оси пуансона (5), то измерение производит тензодатчик, установленный в центральной части нижней плиты основания (1). Если сила действует в ином направлении, то за счет возможности поворота пуансона благодаря тому, что он установлен в сфере, измерения могут производить тензодатчики, установленные на боковых стенках основания и боковых съемных гранях (2).When carrying out incremental shaping, when moving the tool along a given direction, the punch (5) with a spherical end exerts pressure on the workpiece. If the force acts along the axis of the punch (5), then the measurement is made by a strain gauge installed in the central part of the lower base plate (1). If the force acts in a different direction, then due to the possibility of rotating the punch due to the fact that it is installed in a sphere, measurements can be made by strain gauges installed on the side walls of the base and the side removable edges (2).
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2819195C1 true RU2819195C1 (en) | 2024-05-15 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU140251A1 (en) * | 1960-11-14 | 1960-11-30 | П.Н. Покидов | Dynamometer |
SU416125A1 (en) * | 1972-03-28 | 1974-02-25 | ||
CN102095534A (en) * | 2010-12-08 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | Double rood beam high-sensitivity six-dimensional moment sensor |
RU2795669C1 (en) * | 2022-12-16 | 2023-05-05 | Александр Александрович Цывин | Strain gauge force sensor |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU140251A1 (en) * | 1960-11-14 | 1960-11-30 | П.Н. Покидов | Dynamometer |
SU416125A1 (en) * | 1972-03-28 | 1974-02-25 | ||
CN102095534A (en) * | 2010-12-08 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | Double rood beam high-sensitivity six-dimensional moment sensor |
RU2795669C1 (en) * | 2022-12-16 | 2023-05-05 | Александр Александрович Цывин | Strain gauge force sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10139327B2 (en) | Indentation device, instrumented measurement system, and a method for determining the mechanical properties of materials by the indentation method | |
US4178799A (en) | Force and bending moment sensing arrangement and structure | |
CN205537462U (en) | Prop up roll -type angular measurement bending test device | |
US10641690B2 (en) | Material performance testing including improved load detection | |
KR100679138B1 (en) | Device for correcting load of six axes | |
US4936150A (en) | Strain follower | |
RU2819195C1 (en) | Forming tool with three-axis force measurement system | |
CN106839959A (en) | A kind of multidirectional displacement measurement gauge head | |
CN109115602B (en) | Method and system for determining offset of pressure-bearing section of cylinder based on axial pressure | |
CN106353183B (en) | Internal force measurement and calibration device and calibration method thereof | |
US5016470A (en) | Apparatus for testing motor vehicle tires | |
CN208537067U (en) | A kind of high rigidity two dimension force measuring sensors | |
CN1696628A (en) | New type device for measuring mass and position of center of mass, and measuring method | |
RU2819196C1 (en) | Method of determining value of contact forces | |
CN1916578A (en) | Strain type force sensor for multiple components | |
JPH0368321B2 (en) | ||
CN210374970U (en) | Mounting fixture of non-contact displacement sensor suitable for portable indentation instrument | |
JP2734495B2 (en) | 6-axis load cell | |
RU172393U1 (en) | BENCH FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH COMPRESSION AND SHORT DYNAMIC TURNING | |
JPH0545925Y2 (en) | ||
JPH0663721B2 (en) | Golf club gauge | |
KR100397841B1 (en) | A Fracture Toughness Measuring Device Of Specimen Using Tri-axial Load Cell | |
RU7202U1 (en) | AUTOMATED COMPLEX FOR RESEARCH OF ELASTIC-VISCO-PLASTIC PROPERTIES OF MATERIALS UNDER COMPLEX LOADING | |
RU2010151C1 (en) | Strain-gage for measuring specimen lateral deformations | |
CN102721496A (en) | Novel vortex dynamometer |