CN103878228B - 板材柔性多点成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板材柔性多点成形装置，包括：液压容器，液压容器具有开口；柔性膜片，安装在开口处，柔性膜片将液压容器的内部密封形成液压腔；压力调节单元，与液压腔连通；多个加压单元，相对柔性膜片活动地设置；多个加压单元向柔性膜片的方向运动，从而将设置在柔性膜片与加压单元之间的待成型板材随着柔性膜片向液压腔内的变形同步变形，直到待成型板材形成预定的形状。由于本发明的柔性膜片可以提供相匹配的实时可调且均匀的法向作用力，对待成型板材形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱。成形后的工件表面质量好、厚度均匀、无压痕等缺陷。

Description

板材柔性多点成形装置

技术领域

本发明涉及一种曲面板材成形领域，特别是涉及一种板材柔性多点成形装置。

背景技术

柔性制造是加工业的发展趋势，其中多点成形技术是用于板类件三维曲面成形的一种先进制造技术，目前，国内外的研究机构对其进行了深入的研究。

CN2548792Y将成形模具的成形面划分为一系列形状简单、离散排列、高度可调的压头构成点阵式模具，构造出模具的成形面，实现板材成形。该装置最大的优点在于可以通过任意调节压头的位置构造出不同的成形曲面，实现板材三维曲面的成形。但在成形各种曲面，尤其是球面、锥面等具有突出部位制件时，在成形过程中总会有相当部分的板材在成形的初期处于悬空状态，此时冲模的凸模或凹模均不与板材的悬空部分接触而不能对其实施有效的法向约束，导致很容易出现起皱等缺陷，不但严重影响成形件的成形质量、精度和模具的寿命，而且有时直接导致成形过程无法进行。

CN1994611A采用弹性垫层，提出在多点成形中将板料夹在一定的弹性垫层中进行成形，依靠弹性垫层的变形对板料施加法向约束，但实际上，起皱更多的是出现在成形的初期，而此弹性垫层只有在上下模具基本压靠或者说是在成形的末期才起作用，也不能完全解决成形起皱的问题。

CN2460239Y提出了一种事先不对压头进行位置调整，而在成形中对所有冲头同时进行位移和速度调整，实现加载、变形的装置，这种装置能够实现在板材成形过程中始终对板材施加法向约束，但结构复杂、控制困难、装置造价高：此装置需要在每一个压头上都安装一套由步进电机或伺服电机驱动的特殊制造的液压阀与液压缸，成形过程中通过控制电动机的转数来控制液压缸的位移，由于需要对上百乃至数百个压头同步进行位置检测和实时的速度与位移控制，导致控制系统几乎无法实现设计的功能，即使制造成功，其高昂的成本和系统的不稳定性，也使得实际应用几乎没有可能。

CN1864884A提出了一种上半模采用多点结构和粘性介质控制相结合，下半模采用粘性介质的成形装置，同样采用事先不对压头进行调整，而在成形过程中通过同步控制步进电动机转动并同时控制粘性介质的流动与压强实现在板材成形过程中始终对板材施加法向约束，但结构复杂、控制困难、装置造价高的缺点依然存在：此装置也需要在每一个压头上都安装一套较大功率的步进电机，以实现在成形过程中转动装置驱动压头下行使板料产生变形，这同样需要对全部的压头进行运动参数（位移、速度等）实时检测，并且每个步进电机都需要在变形过程中进行实时控制才能达到最终成形的目的，同时，还需要多个电液比例溢流阀对粘性介质的压强进行控制。

CN102248053A提出了一种具有防皱功能的板材多点成形装置，这种装置由调形单元和夹料单元交错排列组成，调形单元形成包络面形状，夹料单元被动移位，通过背压作用夹持板料，取代压边机构。这种装置能够实现在板材成形过程中始终对板材施加间断分布的法向约束，但约束区只在夹料单元作用区域内产生，调形单元作用区域内的板料依然处于悬空区，由于悬空区部分无法向约束而导致的起皱等缺陷依然无法完全消除，同时其夹料单元属于被动移位，成形过程中的力和位移都不可控制，难以达到设计目标。

CN102101363A提出了一种基于法向全约束的多点成形装置，该装置可以任意调整成形曲面且操作简单，在成形过程中不需要对任何元件进行实时调整，始终有稳定、均匀的法向压力作用在板料上，能有效抑制板料起皱。但该装置需要加工专用的液压缸，制造成本高昂，且要保证上百个密集排列液压缸的安装与密封也非常困难，液压缸的尺寸限制了基本体的尺寸，使得基本体密度受到限制，成形精度不容易保证。同时，受液压缸结构的影响，作用到每个基本体上的最大作用力也有限，从而制约了成形复杂厚板曲面的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种可对待成型板材形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱的板材柔性多点成形装置。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种板材柔性多点成形装置，包括：液压容器，液压容器具有开口；柔性膜片，安装在开口处，柔性膜片将液压容器的内部密封形成液压腔；压力调节单元，与液压腔连通；多个加压单元，相对柔性膜片活动地设置；多个加压单元向柔性膜片的方向运动，从而将设置在柔性膜片与加压单元之间的待成型板材随着柔性膜片向液压腔内的变形同步变形，直到待成型板材形成预定的形状。

进一步地，加压单元包括压杆和弹性元件；板材柔性多点成形装置还包括支架，支架上开设有多个安装孔，每个加压单元一一对应地设置在一个安装孔处；其中，压杆活动地穿设在安装孔内，弹性元件套在压杆的外部，且弹性元件的一端与支架抵接，另一端与压杆抵接。

进一步地，加压单元还包括压头，与压头与压杆的靠近柔性膜片的一端可枢转地连接。

进一步地，压头与压杆的一端通过磁性吸附的方式可枢转地连接。

进一步地，加压单元还包括安装在压杆的远离柔性膜片的一端的调节螺栓。

进一步地，板材柔性多点成形装置还包括压力施加单元，压力施加单元设置在压杆的远离柔性膜片的一侧，以驱动多个加压单元向柔性膜片运动。

进一步地，液压容器上设置有用于卡紧待成型板材的卡槽。

进一步地，板材柔性多点成形装置还包括压边圈，柔性膜片通过压边圈与液压容器密封连接。

由于本发明的柔性膜片可以提供相匹配的实时可调且均匀的法向作用力，对待成型板材形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱。成形后的工件表面质量好、厚度均匀、无压痕等缺陷。本发明整个装置结构合理、操作使用简单、制造成本低、工作可靠。

附图说明

图1示意性示出了本发明组的结构示意图；

图2示意性示出了本发明在行程终点时的示意图；

图3示意性示出了压杆与压头的连接结构示意图。

图中附图标记：1、液压容器；2、柔性膜片；3、液压腔；4、限位支座；5、待成型板材；6、压杆；7、弹性元件；8、支架；9、压头；10、调节螺栓；11、压边圈；12、杆体；13、接头；14、第一磁铁；15、本体；16、液压接头；17、压力施加单元；18、基座；19、第二磁铁。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1至图3，本发明提供了一种板材柔性多点成形装置，包括：液压容器1，液压容器1具有开口；柔性膜片2，安装在开口处，柔性膜片2将液压容器1的内部密封形成液压腔3；压力调节单元，与液压腔3连通；多个加压单元，相对柔性膜片2活动地设置；多个加压单元向柔性膜片2的方向运动，从而将设置在柔性膜片2与加压单元之间的待成型板材5随着柔性膜片2向液压腔3内的变形同步变形，直到待成型板材5形成预定的形状。例如，柔性膜片2可以是由橡胶制成的。特别地，加压单元的长度可按照拟成形的板材曲面形状设计。

使用时，先将待成型板材5放置在柔性膜片2的外侧，然后驱动加压单元向柔性膜片2的方向运动，当加压单元的一端推动柔性膜片2向液压容器1的内部凹入时，同时推动夹持在柔性膜片2与加压单元之间的待成型板材5与随着柔性膜片2发生相同的变形。在这个过程中，多个加压单元与待成型板材5之间具有多个接触点，同时，由于液压传递的性质，液压容器1内的液体则通过柔性膜片2向待成型板材5的整个表面提供一个均的法向作用力，形成对待成型板材5的法向约束。

由于本发明的柔性膜片2可以提供相匹配的实时可调且均匀的法向作用力，对待成型板材5形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱。成形后的工件表面质量好、厚度均匀、无压痕等缺陷。本发明整个装置结构合理、操作使用简单、制造成本低、工作可靠。

优选地，液压腔3的压力可根据待成型板材5的材料、厚度和目标形状而实时调整。优选地，液压腔3通过液压接头16与外部的液压控制系统连接。

优选地，加压单元包括压杆6和弹性元件7；板材柔性多点成形装置还包括支架8，支架8上开设有多个安装孔，每个加压单元一一对应地设置在一个安装孔处；其中，压杆6活动地穿设在安装孔内，弹性元件7套在压杆6的外部，且弹性元件7的一端与支架8抵接，另一端与压杆6抵接。在失去外部驱动力作用到压杆6时，在弹性元件7的作用下，压杆6可以自动回复到最初的状态。

优选地，加压单元还包括压头9，与压头9与压杆6的靠近柔性膜片2的一端可枢转地连接。由于压头9与压杆6的端部可枢转地连接，因而，可以适应柔性膜片2的不同角度的变形，即随着柔性膜片2的变形而转动。

在成形过程中，压头9会随着待成型板材5的变形而转动，始终保持与待成型板材5的平面接触，增加了压头9与待成型板材5的接触面积，避免了压痕的产生，同时，使待成型板材5的几乎全部表面都处于压头的法向约束下。

优选地，请参考图3，压头9与压杆6的一端通过磁性吸附的方式可枢转地连接。如图3所示，压杆6包括杆体12、安装在杆体12端部的接头13以及安装在接头13上的第一磁铁14。压头9包括半球形的本体15和安装在本体15的球面一侧的第二磁铁19。安装时，将本体15的球头部嵌入接头13的凹陷部内，从而使本体15与接头13在第一磁铁14和第二磁铁19的磁性吸力的作用下，相互吸附连接。

优选地，加压单元还包括安装在压杆6的远离柔性膜片2的一端的调节螺栓10。请参考图1，在一个实施例中，所有的压杆6的长度都是相同的，为了形成一定的曲面，在这些压杆6的顶部分别安装有一个调节螺栓10。这样，通过调节调节螺栓10伸出压杆6的长度，即可调节整个加压单元的长度，从而在加压时，可形成如图2所示的曲面。这样，可以简化加压的过程。

例如，在一个实施例中，板材柔性多点成形装置还包括压力施加单元17，例如，压力机等，压力施加单元17设置在压杆6的远离柔性膜片2的一侧，以驱动多个加压单元向柔性膜片2运动。可见，仅需要压力施加单元17具有一个平板状结构的加压机构即可形成图2中的曲面。成形完成后，压力施加单元17带动加压机构回程，随后液压容器1进液，柔性膜片2上升，取出压制完成的板料。

优选地，液压容器1上设置有用于卡紧待成型板材5的卡槽。

优选地，板材柔性多点成形装置还包括压边圈11，柔性膜片2通过压边圈11与液压容器1密封连接。

优选地，支架8包括基座18，液压容器1形成在基座18上，且基座18内设置有油道，该液压容器1通过该油道与压力调节单元连接。

优选地，板材柔性多点成形装置还包括安装在所述支架8上的限位支座4，其用于限制加压单元的行程。

本发明采用柔性膜片2对待成型板材5实现支撑和法向约束，成形曲面可以任意构成且调整方式简便，且加压单元的密度不受限制，成形精度高且密封可靠。在成形过程中也不再需要对任何元件进行实时调整，对于不同材料、厚度和目标形状的板料，柔性膜片2可以提供相匹配的实时可调且均匀的法向作用力，对板料形成有效的法向约束，基本消除了曲面冲压件成形过程中的悬空区，能有效抑制板料起皱，有效抑制起皱和回弹。成形后的工件表面质量好，厚度均匀，无压痕等缺陷。装置结构合理，操作使用简单，制造成本低，工作可靠。

另外，本发明不需要压边装置，省去成形后的切边工序，提高板料的利用率，且产品质量好、厚度均匀，表面质量能够得到很好的保证。

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

Claims (8)

1.一种板材柔性多点成形装置，其特征在于，包括：

液压容器(1)，所述液压容器(1)具有开口；

柔性膜片(2)，安装在所述开口处，所述柔性膜片(2)将所述液压容器(1)的内部密封形成液压腔(3)；

压力调节单元，与所述液压腔(3)连通；

多个加压单元，相对所述柔性膜片(2)活动地设置；

所述多个加压单元向所述柔性膜片(2)的方向运动，从而将设置在所述柔性膜片(2)与所述加压单元之间的待成型板材(5)随着所述柔性膜片(2)向所述液压腔(3)内的变形同步变形，直到所述待成型板材(5)形成预定的形状；

使用时，先将待成型板材(5)放置在柔性膜片(2)的外侧，然后驱动加压单元向柔性膜片(2)的方向运动，当加压单元的一端推动柔性膜片(2)向液压容器(1)的内部凹入时，同时推动夹持在柔性膜片(2)与加压单元之间的待成型板材(5)与随着柔性膜片(2)发生相同的变形，在这个过程中，多个加压单元与待成型板材(5)之间具有多个接触点，同时，由于液压传递的性质，液压容器(1)内的液体则通过柔性膜片(2)向待成型板材(5)的整个表面提供一个均匀的法向作用力，形成对待成型板材(5)的法向约束。

2.根据权利要求1所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述加压单元包括压杆(6)和弹性元件(7)；

所述板材柔性多点成形装置还包括支架(8)，所述支架(8)上开设有多个安装孔，每个所述加压单元一一对应地设置在所述安装孔处；

其中，所述压杆(6)活动地穿设在所述安装孔内，所述弹性元件(7)套在所述压杆(6)的外部，且所述弹性元件(7)的一端与所述支架(8)抵接，另一端与所述压杆(6)抵接。

3.根据权利要求2所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述加压单元还包括压头(9)，所述压头(9)与所述压杆(6)的靠近所述柔性膜片(2)的一端可枢转地连接。

4.根据权利要求3所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述压头(9)与所述压杆(6)的所述一端通过磁性吸附的方式可枢转地连接。

5.根据权利要求2所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述加压单元还包括安装在所述压杆(6)的远离所述柔性膜片(2)的一端的调节螺栓(10)。

6.根据权利要求2所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述板材柔性多点成形装置还包括压力施加单元(17)，所述压力施加单元(17)设置在所述压杆(6)的远离所述柔性膜片(2)的一侧，以驱动所述多个加压单元向所述柔性膜片(2)运动。

7.根据权利要求1所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述液压容器(1)上设置有用于卡紧所述待成型板材(5)的卡槽。

8.根据权利要求1所述的板材柔性多点成形装置，其特征在于，所述板材柔性多点成形装置还包括压边圈(11)，所述柔性膜片(2)通过所述压边圈(11)与所述液压容器(1)密封连接。