方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置的製作方法

2023-04-24 09:36:26

專利名稱：方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置的製作方法
技術領域：
方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置
一、 技術領域
本實用新型涉及一種板材構件曲面成形用的裝置，主要用於具有三維曲面 的船體外板構件等可調活絡模具的造型和進行衝壓的塑性成形加工，屬於機械 工程領域。
二、 背景技術-
曲面板材零件的製造，其傳統的曲面成形方法主要是衝壓成形。但是衝壓 成形主要用於大批量生產，這種成形方法加工一種零件往往需要數套整體式模 具。衝壓加工件的精度好、質量高，但是存在模具製造成本高，生產周期長等 問題。
隨著我國經濟的迅速發展，造船業也在迅速發展。造船中的船體外板相同 構件的批量極少、形狀複雜、尺度大，曲率較小，如製成整體式的大型模具進 行加工，則非常昂貴，幾乎是不可能的。故目前對於簡單曲度的船體外板構件， 一般是使用三芯輥或油壓機的方法進行加工；而對於複雜曲面的船體外板構 件，則是使用上述機械方法預先進行橫向曲度加工，在初步成形的基礎上，再 由人工使用水火彎板的方法進行縱向彎曲。眾所周知，水火彎板成形工藝的生 產條件差、勞動強度大、對工人技術水平要求高、生產效率低下等。
為此，人們在進行多壓頭和多點式板材成形的探討。
已有的有關代表性技術文獻有
文獻l用於板材衝壓加工的"板材多點成形裝置"(專利號02273508. 9)
等；
文獻2用於飛機板材蒙皮技術的DE4213490C1專利等；
文獻3用於造船的技術方案"日本多壓頭式彎板機"(船體建造工藝學， 人民交通出版社，1980年12月，第141 — 149頁)。
文獻l的壓頭為球形曲面，在衝壓造型時，與板材為"多點"接觸，衝壓 後板材的壓痕大，且受壓縮變形部分的板材容易產生有害的皺摺變形。為避免皺摺變形的產生，在模具周圍需另外設置壓邊缸、壓邊圈或墊板等措施，但仍
不能很好地解決壓痕大和鈹折變形的問題。文獻2的壓頭是可隨板形擺動的球 形曲面，但是與板材也是點接觸，只是接觸面積有所增大，為保持板材的光順 性，需在被加工板材的下面放上橡膠墊和彈性墊，同樣不能很好地解決壓痕大 和皺摺變形的問題。文獻3的壓頭是可隨板形擺動的圓盤形，雖然壓頭與板材 的接觸面比前者大的多，但是在各盤形壓頭之間仍有許多板材部分暴露，沒有 被壓住，如此會致使受壓縮變形部分的板材在此產生有害的皺摺變形，另外， 因受壓部分板材的失穩，驅使上下對中的一對壓頭產生擺動，仍然使板材產生 有害的皺摺變形。從上述等文獻看出，其壓頭不外是圓盤形或球形曲面。如何 在板材衝壓過程中防止產生鈹折變形和減小壓痕，是板材多壓頭和多點式板材 成形加工中的一個技術難題。
三、發明內容
本實用新型的目的是提供一種方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形使用 的裝置，是為船舶大型尺度外板曲面構件改水火加工為冷彎加工，消除外板曲 面構件在衝壓過程中產生的皺摺變形和減少壓痕，提高加工質量，為船體外板 曲面構件的加工，提供一種新的曲面造型的方形壓頭可調活絡模具，實現用冷 衝壓方法進行船體外板構件的成形加工。
本實用新型的上述目的是這樣實現的，結合
如下 一種方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，主要由上下兩組帶有可擺 動的方形壓頭l、高度能夠調節的可調模4和加載機構組成，上、下兩組可調
模4安裝在加載機構中，上、下兩組可調模4中至少有一組在加載機構驅動下
可上下移動。
所述的可調模4是由一組MXN個可擺動的方形壓頭1安裝在固定框架 3內，每個方形壓頭1的高度均可進行調節，組成下或上可調模4;由一組(M 一l) X (N—l)個可擺動的方形壓頭1安裝在固定框架3內的支撐體2上， 組成上或下可調模4;即，當其MXN個方形壓頭1的模具為下可調模4時， 則其(M_l) X (N—l)個方形壓頭1的模具為上可調模4;當其MXN個方 形壓頭1的模具為上可調模4時，則其(M—l) X (N—l)個方形壓頭1的模 具為下可調模4。上、下可調模4中的每個方形壓頭1的高度均可進行調節，且上、下可調模4的方形壓頭1在縱橫兩個方向均相互錯位排列。
使用上、下兩組可調模4，可迅速構築成一個密集的、各方形壓頭之間間 隙非常小的、壓合面積最大的設定曲面5。使用加載機構6驅動上可調模4向 下，對板材7進行施壓，達到板材成形目的，或者使用加載機構6分別驅動上、 下可調模4的方法，對板材7進行施壓。可調模4能較好的替代昂貴的整體式 模具。
所述的可擺動的方形壓頭1是由方板a和球體b兩部分組成。方板a 的一面為施壓面、另一面為球體b;方板a的施壓面為平面或球面；方板a的 施壓面為平面時，其邊緣部分可設置有錐度或弧度c，球體b部分坐落在固定 框架3內的端面帶有凹形球面的支撐體2上、並通過彈簧8與方形壓頭1柔性 聯結，便於方形壓頭l的擺動。
支撐體2的另一端通過螺杆9與電機(步進電機)連接，這樣，方形壓頭 1、支撐體2、彈簧8、螺杆9與電機形成一個壓頭單元體。通過數控方法控制 電機，便可調控壓頭單元體的高度，即方形壓頭l的高度。
所述的上、下可調模4的排列方式是由一組以矩形方式緊密排列的(M _1) X (N—l)方形壓頭1組成的上或下可調模4和由一組以矩形方式緊密 排列的MXN方形壓頭1組成的下或上可調模4，上可調模4的中心與下可調 模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可調模4與下可調模4中方形 壓頭l，在縱向和橫向上是交錯對稱排列的；對板材7施壓時，上、下可調模 4的各方形壓頭1能互相支撐，不會因板材變形導致方形壓頭1產生傾斜擺動。 同時也可避免上可調模各方形壓頭1之間的空隙與下可調模各方形壓頭1之間 的空隙的重疊，能有效地避免衝壓過程中產生的皺摺變形和減少壓痕。最後能 強制板材7在限定的上、下可調模4形成的間隙中進行塑性成形。
由於本實用新型的上、下可調模4設置了施壓面為平面的方形壓頭1，在 板材衝壓時，方形壓頭1對板材為面接觸，大大減少了一般壓頭之間的間隙; 且上、下可調模4的方形壓頭1為錯位排列使各方形壓頭1能互相支持，不會 因材料變形導致方形壓頭l，產生傾斜擺動，也使上、下可調模4的方形壓頭 l之間的間隙不再重疊。
使用方形壓頭可調活絡模具的板材曲面成形方法，可迅速構築成一個密集 的、方形壓頭之間間隙非常小的、壓合面積最大的可調活絡模具的曲面，該方形壓頭1的尺寸越小，方形壓頭1之間間隙越小，曲面造型的光順性和質量越 好，能較好的替代昂貴的整體式模具；由方形壓頭形成的可調活絡模具與其它 多壓頭或多點板材成形方式的壓頭相比，壓頭與被加工件的接觸面積最大，幾 乎能全部壓住被加工的板材，同時由於上、下可調活絡模具中的方形壓頭，在 縱向和橫向均是交錯對稱排列，施壓時能互相支撐，也不會因板材變形導致產 生傾斜擺動，因而能強制板材在限定的上、下可調活絡模具形成的間隙中進行 塑性成形，故能有效防止板材成形過程中鈹折缺陷的產生，也能減少壓痕缺陷， 顯著的提高了板材的成形質量。
四、 附圖說明
圖1使用方形壓頭可調活絡模具進行曲面造型的方法示意圖2使用方形壓頭可調活絡模具的船舶板材曲面成形方法示意圖3可調模中壓頭單元體的組成示意圖4方形壓頭的結構形式示意圖5方形壓頭在可調模上的連接示意圖6上、下可調模的排列示意圖7使用方形壓頭可調活絡模具的板材曲面成形裝置的示意圖。 圖中l一方形壓頭；2 —支撐體；3—固定框架；4一可調模；5 —設 定曲面；6 —壓力機；7 —板材；8 —彈簧；9-螺杆；IO —驅動電機。
五具體實施方式
以下結合附圖所示實施例，進一步說明本實用新型的具體內容及工作過程。
方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，主要用於造船中的船體外板構 件等大型三維板材的成形加工。與其它板材的成形加工的不同，主要是使用本 實用新型的方形壓頭，構築成一個密集的、壓頭之間間隙非常小的、接近整體 式的可調活絡模具的方法，能進行任意曲面造型，解決板材衝壓產生皺摺變形 的技術難題。
圖l是使用方形壓頭可調活絡模具進行曲面造型的方法示意圖。使用一
組MXN裝有可擺動的方形壓頭1的可調模4，安裝在固定框架3內，均可使
用電動或其它方法驅動其上下運動，並可使用數控方法對其進行高度上的調節，組成下可調模4，可調模4上的方形壓頭1的施壓面是一個平面。下可調 模4，可迅速構築成一個密集的、各方形壓頭之間間隙非常小的、壓合面積最 大的設定曲面5。可調模4能較好的替代昂貴的整體式模具。方形壓頭1的方 形尺寸較可調模4的斷面方形尺寸略小一些，達到能適應彎板時的擺動要求即 可，該方形壓頭l的尺寸越小，曲面造型的光順性和質量越好，方形壓頭l 的尺寸應依實際加工的常用板材的規格決定。
圖2是使用古形壓頭可調活絡模具的船舶板材曲面成形方法示意圖。使用 一組具MXN裝有可擺動的方形壓頭1安裝在固定框架3內的的支撐體2上， 均可使用電動或其它方法驅動其上下運動，並可使用數控方法對其進行高度上 的調節，組成下可調模4。同樣，使用一組(M—l) X (N—1)裝有可擺動的 方形壓頭1安裝在固定框架3內的的支撐體2上，均可使用電動驅動其上下運 動，並可使用數控方法對其進行高度上的調節，組成上可調模4。使用壓力機 6驅動上可調模4向下，對板材7進行施壓，達到板材成形目的。或者使用一 組(M—l) X (N—l)油缸分別驅動各上可調模4的方法，組成上可調模4。 對放在之間的板材7施壓，既實現了對板材7進行設定曲面5的三維曲面的衝 壓成形，也達到了防止板材衝壓時產生皺摺變形的目的。該可調模4，其寬度 應滿足船舶板材7寬度的需要，長度上能覆蓋船舶板材部分長度，通過逐段進 給，逐段成形，即可實現較大長度的船體板材的曲面成形。
圖3是可調模中壓頭單元體的組成示意圖。壓頭單元體是由方形壓頭1、 支撐體2、螺杆9、電機10等組成，電機10可帶動螺杆9旋轉，靠螺旋副的 作用，使可調模4上的壓頭單元體上升或下降，進而使在其端部的方形壓頭1 的高度能夠按照需要進行調整。當一組MXN的可調模4上的方形壓頭1高度 按照設定曲面5的要求調節好之後，即可作為板材成形所需要的曲面模具。
圖4是方形壓頭的結構形式示意圖。方形壓頭1是由方板a和球體b兩 部分組成。方板a的施壓面為平面，也可製成半徑非常大的球形曲面。方板a 施壓面為平面時，施壓面上的邊緣部分可設置有錐度或弧度c，設置目的是使 方形壓頭1的施壓面不形成尖角，避免使板材產生壓痕。與其它的多壓頭板材 彎曲方式和板材多點成形裝置的壓頭相比，由於方形壓頭1與板材7的接觸面 積最大，故具有防止板材7的受壓失穩和減少壓痕的優點。
圖5是方形壓頭在可調模上的連接示意圖。為實現板材7的曲面成形加工，方形壓頭1必需能夠適應板材7彎曲，應有足夠的擺動幅度。為此，方形
壓頭1上的球體b部分坐落在固定框架3內的端面帶有凹形球面的支撐體2 的上，使用彈簧8將方形壓頭1與固定框架3柔性地強有力地聯結在一起，因 而方形壓頭1就能獲得適應板材曲面成形的擺動要求。
圖6是上、下可調模的排列示意圖。上、下可調模的排列方式是，由一 組以矩形方式緊密排列的(M—l) X (N—l)方形壓頭1組成的可調模4和由 一組以矩形方式緊密排列的MXN方形壓頭1組成的可調模4，上可調模4的 中心與下可調模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可調模4與下可 調模4中的方形壓頭1，在縱向和橫向上也是交錯對稱排列的，對板材7施壓 時，各方形壓頭1能互相支撐，不會因板材變形導致方形壓頭1產生傾斜擺動， 上可調模4上的任何一個方形壓頭1都會被下可調模4上的相鄰的四個方形壓 頭1支持，反之一樣，下可調模4上的任何一個方形壓頭1都會被上可調模4 上的相鄰的四個方形壓頭1支持，各方形壓頭1都不會因板材失穩而產生傾斜 擺動，最後能強制板材7在限定的上、下可調模4形成的間隙中進行塑性成形， 從而能有效的防止板材皺摺現象的發生。'
圖7是使用方形壓頭可調活絡模具的板材曲面成形裝置的示意圖。方形
壓頭可調活絡模具的板材曲面成形裝置，包括l一方形壓頭；2 —支撐體；3 一固定框架；4一可調模；6 —壓力機。本實施例的加載機構為壓力機6。 一組帶有方形壓頭1的支撐體2裝在固定框架3內，可組成上、下可調模4， 下可調模4安裝在壓力機6的底座6 (a)上，上可調模4安裝在壓力機6的 活動橫梁6 (b)上，活動橫梁6 (b)與安裝在上梁6 (c)的施壓油缸6 (d) 連接，在施壓油缸6 (d)的驅動下，上可調模4可進行上下運動，與下可調 模4一起，對被加工的板材進行衝壓加工。
由此可見，由於本實用新型的上、下可調模設置了施壓面為平面的方形壓 頭l，在板材衝壓時，方形壓頭1對板材為面接觸，大大減少了方形壓頭l之 間的間
隙，且上、下可調模的方形壓頭1為錯位排列，使上、下可調模的方形壓頭1 之間的間隙不再重疊，因此能有效地避免了衝壓過程中鈹折變形和壓痕的產 生，能提高加工質量。
權利要求1、一種方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，主要由上下兩組帶有可擺動的方形壓頭(1)、高度能夠調節的可調模(4)和加載機構組成，上、下兩組可調模(4)安裝在加載機構中，上、下兩組可調模(4)中至少有一組在加載機構驅動下可上下移動；其特徵在於所述的可調模(4)是由一組M×N個可擺動的方形壓頭(1)安裝在固定框架(3)內的支撐體(2)上，組成下或上可調模(4)；由一組(M-1)×(N-1)個可擺動的方形壓頭(1)安裝在固定框架(3)內的支撐體(2)上，組成上或下可調模(4)；上、下可調模(4)中的每個方形壓頭(1)的高度均可進行調節，且上、下可調模(4)的方形壓頭(1)在縱橫兩個方向均相互錯位排列；所述的方形壓頭(1)是由方板(a)和球體(b)兩部分組成；方板(a)的一面為施壓面、另一面為球體(b)；方板(a)的施壓面為平面或曲面，方板(a)施壓面為平面時，施壓面上的邊緣部分可設置有錐度或弧度(c)，球體(b)部分坐落在支撐體(2)的帶有凹形球面的內端面上、並通過彈簧(8)與方形壓頭(1)柔性聯結。
專利摘要一種方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，主要由上下兩組帶有可擺動的方形壓頭(1)、高度能夠調節的可調模(4)和加載機構組成，上、下兩組可調模(4)安裝在加載機構中，上、下兩組可調模(4)中至少有一組在加載機構驅動下可上下移動；上、下兩組可調模(4)中分別設置有M×N個和(M-1)×(N-1)個可擺動的方形壓頭(1)，上、下方形壓頭(1)在縱橫兩個方向均相互錯位排列，且方形壓頭(1)的施壓面為平面或曲面；目的是為船舶大型尺度板材改水火加工為冷彎加工，消除板材在衝壓過程中產生的皺摺變形和減少壓痕，提高加工質量，為船體外板曲面構件的加工，提供一種新型的模具，實現用冷衝壓方法進行船體外板構件的成形加工。
文檔編號B21D22/00GK201361652SQ200920022990
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月12日 優先權日2009年3月12日
發明者向祖權, 張燦勇, 李培勇, 李繼先, 焦和桐, 王呈方, 勇 胡, 範正勇, 茅雲生, 萍 袁, 馬軍偉 申請人:泰安市碩力液壓設備廠;武漢理工大學