板材多点渐进成形装置

摘要

本发明涉及一种板材多点渐进成形装置，其包括模架、若干驱动加压单元和若干调形支撑单元，驱动加压单元安装在模架的顶板上，每一驱动加压单元由上压头、驱动基本体、弹簧、活塞、驱动液压缸组成，上压头活动安装在驱动基本体底端，驱动液压缸固定在模架顶板上；调形支撑单元安装在模架的底板上，每一调形支撑单元由下压头、支撑基本体、弹簧、调节螺栓、支撑液压缸组成，下压头活动安装在调节螺栓顶端，支撑液压缸固定在模架底板上；在驱动液压缸与支撑液压缸作用下，实现上压头和下压头之间板材的多点渐进成形。本发明结构合理，通过控制板材两侧压力差，实现最优成形效果，板材成形精度高，表面质量好。

权利要求

1.一种板材多点渐进成形装置，其包括模架、若干驱动加压单元和若干调形支撑单元，其特征在于：所述若干驱动加压单元安装在模架的顶板上，每一驱动加压单元由上压头、驱动基本体、弹簧、活塞、驱动液压缸组成，所述上压头活动安装在驱动基本体底端，活塞与驱动基本体连接，弹簧安装在驱动液压缸内，驱动液压缸固定在模架顶板上，并与液压控制系统连接；所述若干调形支撑单元安装在模架的底板上，每一调形支撑单元由下压头、支撑基本体、弹簧、调节螺栓、支撑液压缸组成，所述下压头活动安装在调节螺栓顶端，调节螺栓安装在支撑基本体上，弹簧安装在支撑液压缸内，支撑液压缸固定在模架底板上，并与液压控制系统连接；所述每一驱动基本体和支撑基本体分别由对应的驱动液压缸和支撑液压缸驱动，每一支撑液压缸的压力小于对应的驱动液压缸的压力，在驱动液压缸与支撑液压缸提供的压力差作用下，实现上压头和下压头之间板材的多点渐进成形；所述模架上还设有上导向板和下导向板，上导向板安装在模架的顶板上，下导向板安装在模架的底板上，上导向板和下导向板上对应每一活塞设有导向孔；所述模架的顶板和底板内设有一液压油路，驱动液压缸和支撑液压缸分别通过液压油路与液压控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的板材多点渐进成形装置，其特征在于：所述的上压头和下压头均为半球形压头，在驱动基本体和调节螺栓上分别设有半球形凹槽，在凹槽内固定有多个永磁铁，依靠磁力将上压头和下压头吸引在半球形凹槽内，并绕其球心自由转动和摆动。

3.根据权利要求2所述的板材多点渐进成形装置，其特征在于：所述下压头上开有中心圆孔，调节螺栓上的半球形凹槽中心设有六边形调整孔。

说明书

板材多点渐进成形装置

技术领域

[0001] 本发明涉及板材冲压领域，具体说是一种板材多点渐进成形装置。

背景技术

[0002] 随着国内外经济的快速发展，压力容器、造船以及航空航天等行业对三维板材需求越来越大，同时，新型高强度板材的大量应用，也给曲面成形带来了新的难题，多数新型高强板材的成形性较差，允许变形程度低，对变形路径要求严格，采用传统的冲压成形方法很难获得优良的曲面制件。研究表明，在板材两侧施加不同的压强进而实现不同的变形路径，能有效提升成形质量、改善变形的均匀性并有助于提升成形极限。但这种技术思想只能在液压成形或者气压成形这类流体介质成形工艺中实现，可成形范围窄，不能满足大型复杂曲面板件的生产成形要求。此外，近年来多点成形及其应用发展很快，多点成形技术是通过调节离散型冲头高度自由构造成形曲面，是对三维曲面板材传统生产方式的重大创新。但是多点成形的点阵式接触会导致模具与板材间的接触条件变差而引起的压痕、易起皱等问题，使得多点成形技术的应用受到限制，国内外学者对此展开深入研究，提出许多有益的改进方法。

[0003] CN102101363A提出一种加压单元和支撑单元组成的多点成形装置，支撑单元受液压缸背压作用在成形过程中始终夹持板材。但是加压单元施加的压力需要借助液压机加载装置和电动行程调形组件，结构复杂，而且板材成形顺序是由调节螺栓的高度决定的，成形中仅能实现单向液压缸压紧板材，无法实现板材两侧的压力差调整，难以获得最优的成形路径。CN202037224U公布了一种液体代替凸模，多根基本体调形组合成凹模的钣金柔性成形装备，虽在一定程度上提高了工艺柔性程度，但只有板材凸模侧的液体压力可控，同样无法实现板材两侧的压力差的无级调节。CN1864884A提出一种基于粘性介质传力的板材无模多点成形装置，传力均匀，且板材和上基本体之间实现无缝贴合，但是只有选用不同粘度的介质才能实现给板材两侧施加不同的压力，选材繁琐且操作不便。该工艺中基本体没有夹持板材的作用，粘性介质的夹紧力不足，设备仍需通过增设压边圈装置夹持板材，结构复杂，且大大降低板材利用率。CN1338367A提出一种通过两套调形机构实现多点模具成形和多点压机成形的装置，通过液压缸和换向阀实现对冲头位移、速度的控制。但对于鞍面、锥面等具有突出部位的制件，多点模具成形过程中板材悬空区很大；多点压机装置结构复杂，控制复杂、要求高，而且造价高。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的不足，提供一种结构合理，通过调整与控制板材两侧压力差，实现最优成形效果，板材成形精度高，表面质量好的板材多点渐进成形装置。

[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种板材多点渐进成形装置，其包括模架、若干驱动加压单元和若干调形支撑单元，其特征在于：所述若干驱动加压单元安装在模架的顶板上，每一驱动加压单元由上压头、驱动基本体、弹簧、活塞、驱动液压缸组成，所述上压头活动安装在驱动基本体底端，活塞与驱动基本体连接，弹簧安装在驱动液压缸内，驱动液压缸固定在模架顶板上，并与液压控制系统连接；所述若干调形支撑单元安装在模架的底板上，每一调形支撑单元由下压头、支撑基本体、弹簧、调节螺栓、支撑液压缸组成，所述下压头活动安装在调节螺栓顶端，调节螺栓安装在支撑基本体上，弹簧安装在支撑液压缸内，支撑液压缸固定在模架底板上，并与液压控制系统连接；所述每一驱动基本体和支撑基本体分别由对应的驱动液压缸和支撑液压缸驱动，每一支撑液压缸的压力小于对应的驱动液压缸的压力，在驱动液压缸与支撑液压缸提供的压力差作用下，实现上压头和下压头之间板材的多点渐进成形。

[0006] 所述模架上还设有上导向板和下导向板，上导向板安装在模架的顶板上，下导向板安装在模架的底板上，上导向板和下导向板上对应每一活塞设有导向孔。活塞可沿导向孔的轴线上下运动。

[0007] 所述模架的顶板和底板内设有一液压油路，驱动液压缸和支撑液压缸分别通过液压油路与液压控制系统连接。

[0008] 所述的上压头和下压头均为半球形压头，在驱动基本体和调节螺栓上分别设有半球形凹槽，在凹槽内固定有多个永磁铁，依靠磁力将上压头和下压头吸引在半球形凹槽内，并绕球心自由转动和摆动。

[0009] 所述下压头上开有中心圆孔，调节螺栓上的半球形凹槽中心设有六边形调整孔。这样，通过下压头上中心圆孔，使用六角扳手插入到六边形调整孔中对调节螺栓进行调整。

[0010] 本发明采用上述组成结构，可独立完成板材成形，无需使用压力机等额外加载装置。且自身具有液压系统，可对板材两侧压力进行无级调节，进行多点渐进成形，实现成形路径最优，从而提高板材成形极限。与现有技术相比，本发明有益效果是：成形过程中无需压边装置提供法向约束；成形过程中始终有稳定、均匀的法向压力作用在板材上，能有效抑制板材起皱；模架本身为承力框架且自身配备液压系统，成形时无需使用压力机等加载装置施压，可独立完成板材成形；板材两侧液压缸内的压力可以分别控制，因而可对驱动液压缸和支撑液压缸的压力差进行无级调节，在保证板材夹紧和变形的条件下，以最小的压力成形，避免不必要的能量损耗；板材变形过程中主拉应变方向不变且应变速率恒定，会在最容易成形的部位发生变形，成形路径符合最小塑性功原理，因此成形件应变分布极为均匀，大大提高了板材成形极限，表面质量得到保证；成形过程中，每个基本体均可依据受力条件实时运动，因此可能实现最大程度上的柔性成形，适用于三维曲面板材成形。

附图说明

[0011] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0012] 图1为本发明组成结构示意图。

[0013] 图2为本发明在行程终点的示意图。

[0014] 图3为本发明中模架的结构示意图。

[0015] 图4为本发明中下压头和调节螺栓连接结构示意图。

[0016] 图5为图4的俯视图。

[0017] 图6为本发明液压控制系统原理图。

[0018] 图中的标号是：1.驱动液压缸，2.活塞，3.下压头，4.调节螺栓，5.支撑基本体，6.支撑液压缸，7.弹簧，8.活塞，9. 板材，10.上压头，11.驱动基本体，12.模架，13.弹簧。121.顶板，12.导向孔，123.液压油路，124.底板，125.液压接头，126.导向孔，127.下导向板，128.上导向板，129.液压油路，1210.液压接头。31.中心圆孔，32. 永磁铁，33.六边形调整孔。

具体实施方式

[0019] 从图1、图2、图3中可以看出，一种板材多点渐进成形装置，其包括模架12、若干驱动加压单元和若干调形支撑单元等。所述若干驱动加压单元安装在模架12的顶板121上，每一驱动加压单元由上压头10、驱动基本体11、弹簧7、活塞8、驱动液压缸1组成，所述上压头10活动安装在驱动基本体11底端，活塞8与驱动基本体11连接，弹簧8安装在驱动液压缸1内，对活塞2形成向上的支撑力。驱动液压缸1固定在模架顶板121上，并与液压控制系统连接。所述若干调形支撑单元安装在模架12的底板124上，每一调形支撑单元由下压头3、支撑基本体5、弹簧7、调节螺栓4、支撑液压缸6组成，所述下压头3活动安装在调节螺栓4顶端，调节螺栓4安装在支撑基本体5上，可以调整和支撑基本体5组合后的高度，弹簧7安装在支撑液压缸6内，支撑液压缸6固定在模架底板124上，并与液压控制系统连接。所述每一驱动基本体和支撑基本体分别由对应的驱动液压缸1和支撑液压缸6驱动，每一支撑液压缸6的压力小于对应的驱动液压缸1的压力，整个装置在驱动液压缸1与支撑液压缸6提供的压力差作用下，驱动加压单元和调形支撑单元整体加压下行，实现上压头10和下压头3之间板材9的多点渐进成形。

[0020] 从图1、图2中还可以看出，支撑基本体5和调节螺栓4之间通过螺纹连接和传递载荷，通过调节螺栓4的转动来调整其高度，从而调整每个基本体单元的行程，支撑基本体5的端部构成的包络面为目标形面形状。

[0021] 从图1、图2中还可以看出，板材9夹持在上压头10和下压头3之间，驱动液压缸1施加给驱动单元的压力高于支撑液压缸6施加给调形单元的压力，驱动单元的下行起主动作用，进而推动下压头3和调节螺栓4向下运动，使支撑液压缸6中的液体经下部的液压油路123和液压接头125通过液压系统的比例阀排出，支撑液压缸6内的压力使所有调节螺栓4产生向上的推力，形成对板材9的法向约束。

[0022] 从图3中可以看出，所述模架12上设有上导向板128和下导向板127，上导向板128安装在模架的顶板121上，下导向板127安装在模架的底板124上，上导向板和下导向板上对应每一活塞设有导向孔126。为活塞的运行提供导向。活塞可沿导向孔的轴线上下运动。所述模架12的顶板121和底板124内还设有一液压油路129、123，及对应的液压接头1210、125。驱动液压缸1或支撑液压缸6的油孔分别与上部的液压油路129或下部的液压油路123相连。
驱动液压缸和支撑液压缸分别通过液压油路与液压控制系统连接。

[0023] 所述的上压头10和下压头3均为半球形压头，在驱动基本体11和调节螺栓4上分别设有半球形凹槽，在凹槽内固定有多个永磁铁32，依靠磁力将上压10头和下压头3吸引在半球形凹槽内，并绕球心自由转动和摆动。如图4、图5所示。具体以下压头为例描述如下：所述下压头3依靠磁铁32的磁力与调节螺栓4设有的底座连接，可以绕下压头3的球心自由转动。在成形过程中，下压头3会随着板材9的变形而转动，始终保持与板材9的平面接触，增加了下压头3与板材9的接触面积，避免了压痕和起皱的产生。对于安装在调节螺栓4上的下压头
3，在调节螺栓4上的半球形凹槽中心开设有六边形调整孔33，半球形下压头3上开有中心圆孔31，可通过该圆孔使用六角扳手插入到六边形调整孔33中对调节螺栓4进行调整。

[0024] 为适应不同的板材参数与曲面形状，基本体驱动单元的划分数量和排列方式可以根据需要设计、调整、变化。另外，还可以根据成形板材的厚度和材料性能调整比例阀设定的压力控制支撑液压缸6的排液压力，进而控制下压头支撑单元对板材9的法向约束力，液压控制系统的原理如图6所示。液压控制系统属于已有技术，不再赘述。

[0025] 本发明的工作过程是：首先按照拟成形曲面形状调整调节螺栓4的位置，使下压头3形成的包络面为目标曲面，然后将板材9放置到下压头3的上表面；向支撑液压缸6内充入液体，使活塞8推动下压头3上行，将板材9夹紧在下压头3和上压头10之间；向驱动液压缸1充入液体，使驱动液压缸1提供的压力高于支撑液压缸6提供的压力，在压力差的作用下，活塞2推动上压头10下行压制板材9，并迫使下压头3和调节螺栓4下行，将支撑液压缸6中的液体经下部的液压油路123和液压接头125再通过液压控制系统的比例阀排出，板材变形顺序完全取决于各区域的变形程度，最易发生变形的区域优先变形，以此类推，实现对毛坯的渐进成形。此时，板材9的变形部分和未变形部分均处于基本体驱动单元和支撑单元的夹持约束中，此约束力取决于支撑液压缸6内的液体压力，即比例阀设定的压力；随着驱动液压缸1逐步推动上压头10下行，板材9的变形区域逐步增大，当所有支撑基本体被压到下死点时，下压头3的上端面组合成为曲面的最终成形形状，在上压头10的共同作用下，板材9变形成为最终需要的产品形状。成形结束后，驱动液压缸1和支撑液压缸6排液，上压头10在弹簧13的带动下向上运动，调节螺栓4和下压头3在弹簧7和重力作用下而下落，取出压制完成的板材成形件。

[0026] 本发明模架可以独立完成板材多点成形过程，按照拟成形的曲面形状调整每一个调节螺栓4的位置，驱动加压单元和调形支撑单元都由液压控制施压。

[0027] 本发明采用上述组成结构，成形过程中无需压边装置提供法向约束；成形过程中始终有稳定、均匀的法向压力作用在板材上，能有效抑制板材起皱；模架本身为承力框架且自身配备液压系统，成形时无需使用压力机等加载装置施压，可独立完成板材成形；板材两侧液压缸内的压力可以分别控制，因而可对驱动液压缸和支撑液压缸的压力差进行无级调节，在保证板材夹紧和变形的条件下，以最小的压力成形，避免不必要的能量损耗；板材变形过程中主拉应变方向不变且应变速率恒定，会在最容易成形的部位发生变形，成形路径符合最小塑性功原理，因此成形件应变分布极为均匀，大大提高了板材成形极限，表面质量得到保证；成形过程中，每个基本体均可依据受力条件实时运动，因此可能实现最大程度上的柔性成形。