一種板材多點成形裝置的制作方法

專利名稱：一種板材多點成形裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及板料沖壓技術領域，具體地說是一種板材多點成形裝置。其適用于曲 面板材零件的成形。
背景技術：
在汽車、航空航天、船舶、機械、壓力容器等行業中廣泛采用各類板材成形制件，傳 統的板材成形一般采用模具沖壓來實現，即利用沖壓模具在壓力機上通過壓制板材獲得所 需零件的形狀，隨著現代技術的發展，對板材成形制件的沖壓精度和產品質量提出了越來 越高的要求，傳統模具沖壓技術的不足已變得越來越明顯。采用傳統沖壓模具成形各種曲面，尤其是球面、錐面等具有突出部位制件時，在成 形過程中總會有相當部分的板材在成形的初期處于懸空狀態，此時沖模的凸模或凹模均不 與板材的懸空部分接觸而不能對其實施有效的法向約束，導致很容易出現起皺等缺陷，不 但嚴重影響成形件的成形質量、精度和模具的壽命，而且有時直接導致后續成形過程無法 進行，近年來，為了滿足產品輕量化、強韌化的需求，板材成形制件越來越廣泛地應用于各 行業，起皺這種難以處理的失穩形式也因此變得越來越普遍，因而，起皺已成為國內外學者 長期力圖解決的熱點和難點課題之一。另一方面，每一個曲面板材制件的成形都需要一套 甚至幾套沖壓模具才能完成，模具的設計、制造、調試周期長且費用高，大大降低了生產的 效率和經濟性，在多品種、小批量生產時這一問題更為明顯。因此，必須開發新的板材成形 技術以更好地滿足生產的需求。針對上述問題，國內分別在以下幾個方面開展了工作(1)模具中設置壓邊裝置。 這是傳統模具沖壓技術中應用最多的裝置。板材出現起皺的根本原因在于受到了沿板材 切向的壓應力作用，通過在模具上(一般在成形區的外圍)設置壓邊裝置，利用該裝置壓緊 板料的周邊，板料在成形過程中，周邊壓邊區域及凸模接觸區域板料能受到模具工作面的 約束而不易起皺，改善了成形效果，但在兩區域之間的板料懸空區域，模具不能對板料施加 直接約束，該區域板料在受徑向拉應力作用時，受切向壓應力的作用，依然很容易起皺。因 此，壓邊裝置增加了模具的復雜程度，但不能完全防止起皺。(2)采用橡膠成形、粘性介質 成形、充液拉深。這一類的板材沖壓成形裝置主要是采用具有流動性的傳力介質如橡膠、粘 性介質或液體來取代傳統成形模具的剛性凸模或凹模，由于這一類介質具有在壓力作用下 流動的特性，在板材成形過程中能夠在板料的一側產生一定的壓力分布，有利于對成形中 的材料提供法向支撐，且由于只需要制造一個凸模或凹模而傳力介質可以反復利用，因此， 具有一定的柔性，在很多領域獲得了一定的應用。但也存在著顯著的不足橡膠的變形程度 有限，難以滿足大變形量的復雜制件成形；粘性介質成形和充液拉深都需要對傳力介質的 壓強和流動進行控制，需要在模具上額外增設壓力控制系統和機構，增加了成形裝置的復 雜程度和實際生產的控制要求。(3)多點成形。CN2548792Y將成形模具的成形面劃分為 一系列形狀簡單、離散排列、高度可調的壓頭構成點陣式模具，構造出模具的成形面，實現 板材成形。該裝置最大的優點在于可以通過任意調節壓頭的位置構造出不同的成形曲面，實現板材三維曲面的成形。但多點成形實質上是將模具的成形曲面用壓頭與板料的接觸點 陣所取代，并未改善板料在成形過程中的受力狀態，曲面件沖壓中常見的起皺、回彈等缺陷 同樣存在。CN1994611A采用彈性墊層，提出在多點成形中將板料夾在一定的彈性墊層中進 行成形，依靠彈性墊層的變形對板料施加法向約束，但實際上，起皺更多的是出現在成形的 初期，而此彈性墊層只有在上下模具基本壓靠或者說是在成形的末期才起作用，也不能完 全解決成形起皺的問題。CNM60239Y提出了一種事先不對壓頭進行位置調整，而在成形中 對所有沖頭同時進行位移和速度調整，實現加載、變形的裝置，這種裝置能夠實現在板材成 形過程中始終對板材施加法向約束，但結構復雜、控制困難、裝置造價高此裝置需要在每 一個壓頭上都安裝一套由步進電機或伺服電機驅動的特殊制造的液壓閥與液壓缸，成形過 程中通過控制電動機的轉數來控制液壓缸的位移，由于壓頭數量較多(往往達到上百個以 上)，實際上要實現對上百乃至數百個壓頭同步進行位置檢測和實時的速度與位移控制對 控制系統要求很高，也導致裝置的成本高昂。CN1864884A提出了一種上半模采用多點結構 和粘性介質控制相結合，下半模采用粘性介質的成形裝置，同樣采用事先不對壓頭進行調 整，而在成形過程中通過同步控制步進電動機轉動并同時控制粘性介質的流動與壓強實現 在板材成形過程中始終對板材施加法向約束，但結構復雜、控制困難、裝置造價高的缺點依 然存在此裝置也需要在每一個壓頭上都安裝一套由較大功率的步進電機以實現在成形過 程中帶動轉動裝置驅動壓頭下行使板料產生變形，且每個步進電機都需要在變形過程中進 行實時控制以達到最終成形的目的，同時，還需要多個電液比例溢流閥對粘性介質的壓強 進行控制。而且，由于粘性介質本身屬于流體，當板材較硬或較厚時，要保證板材準確成形 需要相當高的壓強，普通比例閥難以達到要求。

發明內容
本發明所要解決的的技術問題是為了現有技術的上述不足，提供一種結構合理， 操作使用簡單，能夠避免板材產生起皺，成形曲面可以任意構成且調整方式簡便，成形過程 中無需對任何元件進行實時調節即能始終對板料提供有效法向約束的板材多點成形裝置。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種板材多點成形裝置，其特征 在于其包括一模架、安裝在模架上平板的若干上壓頭加壓單元和安裝在模架下平板的若 干下壓頭支撐單元，所述上壓頭加壓單元由上壓頭、彈簧、行程調節組件組成，上壓頭安裝 在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的軸線上下運動，彈簧安裝在上壓頭和模架上平板之 間；所述下壓頭支撐單元由下壓頭、柱塞和液壓缸組成，液壓缸固定在模架的下平板上，柱 塞與下壓頭連接。所述行程調節組件設有中間套和調節絲桿，中間套固定在上壓頭的內孔上端，調 節絲桿與中間套之間通過螺紋連接和傳遞載荷，通過轉動調節絲桿調整其高度。這樣可以 手動快速調節上壓頭行程。上壓頭加壓單元的行程調節既可以直接在裝置上通過轉動調節 絲桿來實現，也可以將調節絲桿和中間套取出，先在裝置外調整好后再插入上壓頭上端的 安裝孔內來實現。所述液壓缸的液壓油路開設在模架的下平板中。所述模架的上平板上還安裝有由限位支座和限位螺釘組成的可調限位機構。本發明模架可以安裝固定到壓力機的工作臺上，按照擬成形的曲面形狀調整每一個調節絲桿的位置，通過壓力機滑塊對上壓頭施壓。本發明還可以在模架上進一步安裝加 載裝置和電動行程調節組件。所述加載裝置由上模板、安裝架、驅動油缸和活塞組成，驅動油缸安裝在上模板 上，活塞與模架相連，安裝架與上模版固定在一起，行程調節組件的調節桿連接在安裝架 上，通過驅動油缸的下行，實現對上壓頭施壓。所述電動行程調節組件由步進電機、聯軸節、調節桿、螺紋中間套組成，調節桿和 螺紋中間套鍵連接，螺紋中間套與上壓頭內孔螺紋連接，步進電機帶動調節桿轉動，調節螺 紋中間套相對上壓頭的高度。本發明通過采用若干上壓頭加壓單元，并按照擬成形的板材曲面形狀設計、控制 每一個上壓頭的行程；通過采用下壓頭支撐單元相應地對擬成形的板材實現支撐和法向約 束。對照現有技術，本發明的有益效果是，無需壓邊裝置等輔助機構，成形曲面可以任意構 成且調整方式簡便，在成形過程中也不再需要對任何元件進行實時調整，始終有穩定、均勻 的法向壓力作用在板料上，形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件成形過程中的懸 空區，能有效抑制板料起皺。成形曲面的構成與調整方便，便于現場操作，能實現快速更換 行程調節組件，其結構合理，操作使用簡單，工作可靠，是一種理想的板材多點成形裝置。


下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖1為本發明組成結構示意圖。圖2為本發明在行程終點時的示意圖。圖3為圖1中行程調節組件結構示意圖。圖4為本發明另一種結構示意圖。圖5為圖4中行程調節組件結構示意圖。圖中的標號是1.模架，2.液壓接頭，3.液壓缸，4.柱塞，5.下壓頭，6.板料，7.上 壓頭，8.彈簧，9.限位支座，10.限位螺釘，11.壓力機滑塊，12.中間套，13.銷釘，14.調節 絲桿，15.活塞，16.驅動油缸，17.安裝架，18.上模板，19.步進電機，20.聯軸節，21.調節 桿，22.螺紋中間套，23.鍵。
具體實施例方式從圖1、圖2中可以看出，一種板材多點成形裝置，其包括一模架1、安裝在模架1 上平板的若干上壓頭加壓單元和安裝在模架下平板的若干下壓頭支撐單元。所述上壓頭加 壓單元由上壓頭7、彈簧8、行程調節組件組成，上壓頭7安裝在模架1上平板的定位孔中， 并可沿孔的軸線上下運動，彈簧8安裝在上壓頭7和模架1上平板之間，用于壓制完成后上 壓頭加壓單元的回程；所述下壓頭支撐單元由下壓頭5、柱塞4和液壓缸3組成，液壓缸3固 定在模架1的下平板上，柱塞4與下壓頭5連接。本發明采用一組上壓頭加壓單元控制行 程、一組下壓頭支撐單元提供法向約束力的結構，整個模架1可以安裝在壓力機上進行工 作。從圖1、圖3中可以看出，所述行程調節組件設有中間套12和調節絲桿14。調節絲 桿14與中間套12之間通過螺紋連接和傳遞載荷，通過調節絲桿14的轉動來調整其高度，
5中間套12安放在上壓頭7的內孔上端，中間套12上嵌有兩個銷釘13，在上壓頭7的上端 的對應位置上開有兩個銷孔。中間套12放入上壓頭7內時，兩個銷釘13正好嵌入到銷釘 孔中，使中間套12不能在與上壓頭7產生相對轉動。調節絲桿14與中間套12通過螺紋連 接，旋轉調節絲桿14即可調整其高度，從而調整上壓頭加壓單元的行程大小。上壓頭加壓 單元的行程調節既可以直接在裝置上通過轉動調節絲桿14來實現，也可以將調節絲桿14 和中間套12取出，先在裝置外調整好后，再插入上壓頭7上端的安裝孔來實現。所述下壓頭支撐單元由下壓頭5、柱塞4和液壓缸3組成，液壓缸3固定在模架1 的下平板上，柱塞4在液壓缸3內，并與下壓頭5連接在一起。被成形板料6夾持在上壓頭 加壓單元和下壓頭支撐單元之間，當壓力機滑塊11驅動上壓頭加壓單元下行時，上壓頭7 壓迫板料6，進而推動下壓頭5和柱塞4向下運動，使液壓缸3內的液體經與液壓接頭2相 連的溢流閥排出，在液壓缸3內產生壓強，使所有柱塞4產生向上的推力，形成對板料6的 法向約束。可根據成形板料的厚度和材料性能調整溢流閥的溢流壓力控制液壓缸3的排液 壓力，進而控制下壓頭支撐單元對板料的法向約束力。所述液壓缸3的液壓油路開設在模架1的下平板中。液壓缸的油孔通過直接與模 架下平板上的油路相連。所述模架1的上平板上還安裝有由限位支座9和限位螺釘10組成的可調限位機 構。用于對裝置行程進行終點限制。調節限位螺釘9的高度即可控制行程終點的位置，可 以防止上壓頭加壓單元和下壓頭支撐單元行程過量，使板料6受壓過大產生壓痕等缺陷。圖1所示實施例的工作過程是首先將模架1安裝固定到壓力機的工作臺上，按照 擬成形的曲面形狀調整調節絲桿14的位置，然后將板料6放置到下壓頭5的上表面；向液 壓缸3內充入液體，使柱塞4推動下壓頭支撐單元中的下壓頭5上行，將板料6夾緊在下壓 頭支撐單元和上壓頭加壓單元之間；開動壓力機，壓力機滑塊11下行直至其下表面逐次與 調節絲桿14的上端面接觸，推動上壓頭加壓單元下行壓制板料6，并迫使下壓頭5和柱塞 4下行，將液壓缸3中的液體經液壓接頭2再經溢流閥排出。此時，板料6的變形部分和未 變形部分均處于上壓頭加壓單元和下壓頭支撐單元的夾持約束中，此約束力取決于液壓缸 3內的液體壓力，即溢流閥所調定的溢流壓力；隨著壓力機滑塊11的逐步下行，板料6的變 形區域逐步增大，到壓力機滑塊11下表面壓到所有調節絲桿14時，上壓頭7的下端面組合 成為曲面的最終成形形狀，在下壓頭5的共同作用下，板料變形成為最終需要的產品形狀。 此時，壓力機滑塊11下表面也恰好接觸到限位螺釘10，防止板料受力過大產生表面壓痕， 如圖2所示。成形完成后，壓力機帶動壓力機滑塊11回程，上壓頭7在彈簧8的作用下逐 次復位，同時，使液壓缸3排液，柱塞4和下壓頭5下落，直至都回到各自的起始位置后，取 出壓制完成的板料。為適應不同的板材參數與曲面形狀，上壓頭加壓單元和下壓頭支撐單元的劃分數 量和排列方式可以根據需要設計、調整、變化。另外，還可根據成形板料的厚度和材料性能 調整溢流閥的溢流壓力控制液壓缸3的排液壓力，進而控制下壓頭支撐單元對板料的法向 約束力。本發明模架1可以安裝固定到壓力機的工作臺上，按照擬成形的曲面形狀調整每 一個調節絲桿的位置，通過壓力機滑塊對上壓頭施壓。本發明還可以在模架1上進一步安 裝加載裝置，并將行程調節組件改進成電動行程調節組件，如圖4、圖5所示。
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圖4為本發明增設加載裝置和電動行程調節組件的結構示意圖。其通過增設加載 裝置后變為獨立成形裝置，可以不用壓力機而獨立運行進行成形工作，且能夠實現上壓頭 加壓單元行程的自動調整。所述加載裝置由上模板18、安裝架17、驅動油缸16和活塞15組成，驅動油缸16 安裝在上模板18上，活塞15與模架1相連，安裝架17與上模版18固定在一起，行程調節 組件的調節桿21連接在安裝架17上，通過控制驅動油缸16的下行，即能實現上模板18聯 同安裝架17—起下行，推動上壓頭加壓單元完成板料的成形工作，隨后，使驅動油缸16上 行，帶動上模板18和安裝架17回程。如圖5所示，所述電動行程調節組件由步進電機19、聯軸節20、調節桿21、螺紋中 間套22組成，調節桿21和螺紋中間套22通過鍵23連接，螺紋中間套22與上壓頭7內孔 螺紋連接，成形前根據擬成形板料的曲面形狀，通過控制步進電機19帶動調節桿21轉動， 調節螺紋中間套22相對上壓頭7的高度。螺紋中間套22的調節高度由步進電機19的轉 角控制。圖4所示實施例的工作過程采用上述加載裝置和電動行程調節組件，其它同如圖 1所示實施例的工作過程基本相同。本發明采用若干上壓頭加壓單元，并按照擬成形的板材曲面形狀設計、控制每一 個上壓頭的行程；采用下壓頭支撐單元相應地對擬成形的板材實現支撐和法向約束，成形 曲面可以任意構成且調整方式簡便，在成形過程中也不再需要對任何元件進行實時調整， 始終有穩定、均勻的法向壓力作用在板料上，形成有效的法向約束，基本消除了曲面沖壓件 成形過程中的懸空區，能有效抑制板料起皺。其結構合理，操作使用簡單，工作可靠。
權利要求
1.一種板材多點成形裝置，其特征是其包括一模架、安裝在模架上平板的若干上壓 頭加壓單元和安裝在模架下平板的若干下壓頭支撐單元，所述上壓頭加壓單元由上壓頭、 彈簧、行程調節組件組成，上壓頭安裝在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的軸線上下運 動，彈簧安裝在上壓頭和模架上平板之間；所述下壓頭支撐單元由下壓頭、柱塞和液壓缸組 成，液壓缸固定在模架的下平板上，柱塞與下壓頭連接。
2.根據權利要求1所述板材多點成形裝置，其特征是所述行程調節組件設有中間套 和調節絲桿，中間套固定在上壓頭的內孔上端，調節絲桿與中間套之間通過螺紋連接和傳 遞載荷，通過轉動調節絲桿調整其高度。
3.根據權利要求1所述板材多點成形裝置，其特征是所述液壓缸的液壓油路開設在 模架的下平板中。
4.根據權利要求1所述板材多點成形裝置，其特征是所述模架的上平板上還安裝有 由限位支座和限位螺釘組成的可調限位機構。
5.根據權利要求1所述板材多點成形裝置，其特征是所述模架上還安裝加載裝置，所 述加載裝置由上模板、安裝架、驅動油缸和活塞組成，驅動油缸安裝在上模板上，活塞與模 架相連，安裝架與上模版固定在一起，行程調節組件的調節桿連接在安裝架上，通過驅動油 缸的下行，實現對上壓頭施壓。
6.根據權利要求1或5所述板材多點成形裝置，其特征是所述行程調節組件由步進 電機、聯軸節、調節桿、螺紋中間套組成，調節桿和螺紋中間套鍵連接，螺紋中間套與上壓頭 內孔螺紋連接，步進電機帶動調節桿轉動，調節螺紋中間套相對上壓頭的高度。
全文摘要
本發明涉及一種板材多點成形裝置，其包括一模架、安裝在模架上平板的若干上壓頭加壓單元和安裝在模架下平板的若干下壓頭支撐單元，所述上壓頭加壓單元由上壓頭、彈簧、行程調節組件組成，上壓頭安裝在模架上平板的定位孔中，并可沿孔的軸線上下運動，彈簧安裝在上壓頭和模架上平板之間；所述下壓頭支撐單元由下壓頭、柱塞和液壓缸組成，液壓缸固定在模架的下平板上，柱塞與下壓頭連接。本發明成形曲面可以任意構成且調整方式簡便，在成形過程中也不再需要對任何元件進行實時調整，始終有穩定、均勻的法向壓力作用在板料上，形成有效的法向約束，能有效抑制板料起皺。其結構合理，操作使用簡單，工作可靠，是一種理想的板材多點成形裝置。
文檔編號B30B1/32GK102101363SQ201010604400
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者于靜泊, 王衛衛, 賈彬彬 申請人:哈爾濱工業大學(威海)