多點無模快速調形液壓脹形工藝及脹形設備的製作方法

2023-05-13 03:01:06 3

專利名稱：多點無模快速調形液壓脹形工藝及脹形設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬成形技術領域，具體涉及一種多點無模快速調形液壓脹形工藝及脹形設備。
背景技術：
隨著社會的發展，複雜的雙曲金屬板材在飛機、船舶、高速機車、汽車乃至建築等諸多行業中，得到越來越多的運用。人們不但要求成形的雙曲面形狀各異，又要求其成形精度高、生產效率高、表面質量好、材料厚度均勻。這就對金屬板材成型工藝提出了極大的挑戰。在傳統板料成形方法中，手工成形方法由於生產效率低、加工精度低、不適合大批量生產，在板料成形中佔據不了主導地位。模具成形方法生產效率高、加工件的精度高、適合大批量生產，多年來一直佔據著主導地位。但缺點是模具設計製造周期長，維護費用高，·往往成形一個零件需要多個模具，造成新產品開發周期長，成本高，而且缺乏柔性，產品稍作改變後模具需要重新設計更換。因此，一些新形的板料成形技術應運而生，如噴丸成形、雷射成形、水射流無模成形技術、數位化漸進成形、無模多點成形等。然而這幾種新形的板料成形技術也存在著一些缺點和局限性，噴丸成形的局限性是球面變形趨勢、變形有限、限制條件苛刻、影響因素繁多等；雷射成形的缺點是成本高，不容易控制；水射流無模成形技術還需要不斷地完善，實際應用中還存在很多問題；數位化漸進成形需要製作模具，加工成本高、周期長，表面質量差等缺點；與前幾種成形技術相比較，無模多點成形技術具有很多優點實現無模成形、優化變形路徑、小設備成形大形件、易於實現自動化。多點無模成形技術根據成形方式分為多點對壓成形技術和多點拉伸成形技術。多點對壓成形技術當遇到局部曲率變化較大時，容易出現皺褶，且回彈量較大。多點拉伸成形技術，相比多點對壓成形技術，其回彈量小、成形精度較高、不起皺褶。現今的多點無模拉伸成形技術都是採用機械拉伸形式，例如用夾鉗夾緊板料進行機械拉伸。而機械拉伸成形方式也存在下面四種主要缺陷(1)容易在板料內部形成應力集中現象，對很多強度低、延伸率小的金屬材料及一些曲率變化較大的曲面而言，在拉伸過程中，容易產生撕裂。(2)非常浪費材料。在資源如此短缺的今天，這種浪費顯得尤為不該。(3)無論是多點對壓成形技術還是多點拉伸成形技術，其成形精度都不高，只能達到毫米級。(4)現今的多點模具調形時間較長，在10 40分鐘左右，工效較低。

發明內容
本發明的目的是提供一種多點無模快速調形液壓脹形工藝及脹形設備，將多點無模拉伸成型技術與板材的液壓脹形技術結合在一起，通過改進，形成了多點無模快速調型液壓脹形工藝，將板材的液壓脹形技術施力均勻、變形流暢、成形極限高、成形質量好、成形精度高、不損壞模具的特點，與多點無模成形技術不需要製作模具、容易實現自動化的特點結合在了一起。上述的目的通過以下的技術方案實現
一種多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的工藝包括如下步驟工件模型製作工序、多點模具調形工序、充液拉伸工序、保壓定形工序、充氣排液工序、成形工件測量工序、數控切割工序、成品檢驗工序、成品包裝與保護工序。所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的工件模型製作工序，要求將需要成形的工件模型，通過成型曲線為2階可導線形製作的光滑曲面，延伸至液壓基準平面上；
所述的多點模具調形工序，通過多點模具調形系統直接從成形工件模型文件中讀取控制點坐標，通過所述的測距尺反饋距離信息給多點模具調形系統，進行閉環控制，調形精度達到0. 02_。所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的充液拉伸工序，在壓力機壓緊後，達到預定壓力值保壓1-10分鐘，打開進液管開關，液壓設備向液壓腔內注入液體，當液體壓力達到預定壓力值時，加壓結束，液壓設備壓力設定值與成形形狀和金屬板材材質有關，對flOmm的招合金板材,此設定值在0. 5Mpa至40Mpa,對於lmnTl2mm的鋼板,此設定值在 IMpa至IOOMpa ;壓力機預定壓力值為液壓設備壓力設定值乘以金屬板材受壓面積所得壓力值的I. 2 2. O倍。所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的保壓定形工序，充液拉伸結束後，通過液壓設備保持此壓力1-10分鐘，保壓時間根據成形工件曲面的形狀及工件材質確定；
所述的充氣排液工序，保壓結束後，關閉進液管開關，打開出液管開關及進氣管開關，由氣泵向液壓腔內充氣，液體由出液管回流至液壓設備；
成型工件測量工序，取出成形工件，放置在三維測量平臺上，進行三維掃描，將掃描文件與工件模型相對照，控制尺寸精度為0. 05mm ；
所述的數控切割工序，將成形工件，由三維測量平臺上取出，放置在數控切割機上，根據工件模型進行切割，切割精度為0. 05mm ；
所述的成品檢驗工序，將切割完成的工件放置在三維測量平臺上進行成品尺寸檢驗和外觀檢驗；
所述的成品包裝與保護工序，將切割好的工件放置在曲面託架上，表面貼膜，再用氣泡膜包裹工件。一種多點無模快速調形液壓脹形設備，其組成包括多點模具，所述的多點模具與多點模具調形系統連接，所述的多點模具和所述的多點模具調形系統安裝在殼體內，所述的殼體與壓力機連接，所述的多點模具連接萬向頭，所述的金屬板材位於上壓邊圈和下壓邊圈之間，所述的柔性墊板位於萬向頭和金屬板材之間，氣泵通過進氣管與所述的液壓腔連接，所述的液壓設備通過所述的進液管和所述的出液管與所述的液壓腔連接。所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的柔性墊板採用聚氨酯板，所述的柔性墊板可在聚氨酯板內複合金屬夾片，所述的柔性墊板的厚度根據成形工件外形特點及成形工件金屬材質確定。所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的多點模具調形系統包括計算機控制系統，所述的計算機控制系統連接旋轉電機及驅動器，所述的旋轉電機及驅動器與基本體連接，所述的旋轉電機及驅動器安裝在電機支架上，所述的基準平面與所述的基本體連接，所述的基本體與球頭支座連接，所述的球頭支座與萬向頭連接，所述的基本體與所述萬向頭之間安裝有拉伸彈簧，所述的基本體上安裝有測距尺。所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的基本體為絲杆升降機構，通過絲杆的旋轉，來實現絲杆螺母的升降。所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的多點模具調形系統，由所述的旋轉電機及驅動器連接到每個所述的基本體，所述的旋轉電機及驅動器連接在所述的計算機控制系統中，通過所述的測距尺反饋的所述的基本體調形高度信息，進行閉環控制，調形精度達到0. 02mm。所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的萬向頭安裝在所述的基本體末端，以所述的萬向頭頂部中心點為球心轉動，最大空間轉角為39°，轉動過程中，頂部中心點豎向坐標不改變，所述的萬向頭可拆卸，根據成形曲面形式進行更換。有益效果
I.實現無模成形。通過對各基本體運動的控制來構造出各種不同的成形曲面，可以取
代傳統的整體模具節省模具設計製造、調試和保存等所需的人力、物力和財力，顯著地縮短產品生產周期，降低生產成本，提高產品的競爭力。與模具成形法相比，不但節省加工製造模具的費用，而且節省大量的修模與調模時間；與手工成形方法相比，成形的產品精度高、質量好，並且顯著提高了生產效率。2.實現自動化。曲面造形採用計算機輔助，實現CAD/CAM/CAE —體化生產，工作效率高，勞動強度小，極大地改善了勞動者作業環境。3.成形極限高。由於液壓脹形中液壓的作用，使坯料與凹模緊緊貼合，產生「摩擦保持效果」，提高了傳力區的承載能力。更為重要的是，對於汽車製造領域的複雜曲面零件，反向液壓的作用形成「軟拉伸筋」，消除懸空區，坯料與模具之間建立起有益摩擦使得凹模底部圓角處坯料的徑向拉應力減小，應變軌跡在成型極限圖上向左偏移，可大幅提高成形極限，而傳統拉伸的等雙拉應力狀態則容易導致拉裂。4.成形精度高。多點模具調形採用閉環控制，將調形精度控制在微米級。多點模具基本體末端的萬向頭以頂點為球心轉動，消除了普通圓頭基本體的弧線誤差。使用液壓脹形顯著改善了工件的成型質量和性能，工件與模具的貼合程度好，回彈量極小。5.對複雜的空間曲面適應性強。多點模具基本體末端的萬向頭轉動角度可達到39°，可隨著整體曲面平滑過渡。多點模具基本體末端的萬向頭可更換，更換成特殊表面形狀的萬向頭，大大增加了多點模具對複雜曲面的適應性。6.板材厚度減薄量均勻，殘餘應力小。液壓成形使得工件在成形的過程中，受力均勻，工件的每個點均勻的進入塑性變形，變形勻稱，所以成型後的工件全部進入塑性變形階段，厚度均勻，幾乎沒有殘餘應力。7.調形速度快。無論多點模具的點數量多少，採用控制設備控制每個基本體上的旋轉電機及驅動器的方式，均可以在60秒內調完整個模型，極大地提高了多點無模液壓脹形工藝的工作效率。


附圖I是本產品的結構示意圖。附圖2是附圖I中多點模具調形系統的結構示意圖。附圖3是附圖2中的基本體與萬向頭的連接示意圖。
具體實施例方式 實施例I :一種多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的工藝包括如下步驟工件模型製作工序、多點模具調形工序、充液拉伸工序、保壓定形工序、充氣排液工序、成形工件測量工序、數控切割工序、成品檢驗工序、成品包裝與保護工序。實施例2
根據實施例I所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的工件模型製作工序，要求將需要成形的工件模型，通過製作2次可導的光滑曲面，延伸至液壓基準平面上；
所述的多點模具調形工序，通過多點模具調形系統2直接從成形工件模形文件中讀取控制點坐標，通過所述的測距尺16反饋距離信息給所述的多點模具調形系統，進行閉環控制，調形精度達到0. 02mm ；
實施例3
上述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的充液拉伸工序，在壓力機3壓緊後，達到預定壓力值保壓1-10分鐘，打開進液管4的開關，液壓設備5向液壓腔20內注入液體，當液體壓力達到一定值時，加壓結束；液壓設備壓力設定值與成形形狀和金屬板材材質有關，對I IOmm的招合金板材,此設定值在0. 5Mpa至40Mpa,對於ImnT12mm的鋼板,此設定值在IMpa至IOOMpa ;壓力機預定壓力值為液壓設備壓力設定值乘以金屬板材受壓面積所得壓力值的I. 2^2. 0倍；
實施例4
上述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，所述的保壓定形工序，充液拉伸結束後，通過所述的液壓設備保持此壓力一定時間，保壓時間根據成型工件曲面的形狀及工件材質確定;
所述的充氣排液工序，保壓結束後，關閉所述的進液管的開關，打開出液管6的開關及進氣管14開關，由氣泵7向所述的液壓腔內充氣，液體由出液管回流至所述的液壓設備；成形工件測量工序，取出成型工件，放置在三維測量平臺上，進行三維掃描，將掃描文件與工件模型相對照，控制尺寸精度為0. 05mm ;也可根據工件成形要求進行精度控制；所述的數控切割工序，將成形工件，由三維測量平臺上取出，放置在數控切割機上，根據工件模型進行切割，切割精度為0. 05_，也可根據工件成形要求進行精度控制；
所述的成品檢驗工序，將切割完成的工件放置在三維測量平臺上進行成品尺寸檢驗和外觀檢驗；
所述的成品包裝與保護工序，將切割好的工件放置在曲面託架上，表面貼膜，再用氣泡膜包裹工件。實施例5
一種多點液壓脹形設備，其組成包括多點模具21，所述的多點模具與所述的多點模具調形系統連接，所述的多點模具和所述的多點模具調形系統安裝在殼體22內，所述的殼體與所述的壓力機連接，所述的多點模具連接萬向頭18，所述的金屬板材位於上壓邊圈12和下壓邊圈13之間，所述的柔性墊板23位於所述的萬向頭18和所述的金屬板材10之間，所述的氣泵通過所述的進氣管與所述的液壓腔連接，所述的液壓設備通過所述的進液管和所述的出液管與所述的液壓腔連接。實施例6
上述的多點液壓脹形設備，所述的柔性墊板採用聚氨酯板，所述的柔性墊板可在聚氨酯板內複合金屬夾片，所述的柔性墊板的厚度根據成形工件外形特點及成形工件金屬材質確定。實施例7:
上述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的多點模具調形系統包括計算機控制系統8，所述的計算機控制系統連接旋轉電機及驅動器9，所述的旋轉電機及驅動器與基本體15連接，所述的旋轉電機及驅動器安裝在電機支架11上，所述的基準平面與所述的基本體連接，所述的基本體與球頭支座17連接，所述的球頭支座與萬向頭18連接，所述的基本體與所述萬向頭之間安裝有拉伸彈 簧19，所述的基本體上安裝有測距尺16。實施例8
上述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的基本體為絲杆升降機構，通過絲杆的旋轉，來實現絲杆螺母的升降。實施例9
上述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的多點模具調形系統，由所述的旋轉電機及驅動器連接到每個所述的基本體，所述的旋轉電機及驅動器連接在所述的計算機控制系統中，通過所述的測距尺反饋的基本體調形高度信息，進行閉環控制，調形精度達到
0.02mm。實施例10
上述的多點無模快速調形液壓脹形設備，所述的萬向頭安裝在所述的基本體末端，以萬向頭頂部中心點為球心轉動，最大空間轉角為39°，轉動過程中，頂部中心點豎向坐標不改變。所述的萬向頭可拆卸，根據成形曲面形式進行更換。
權利要求
1.一種多點無模快速調形液壓脹形工藝，其特徵是所述的工藝包括如下步驟工件模型製作工序、多點模具調形工序、充液拉伸工序、保壓定形工序、充氣排液工序、成形工件測量工序、數控切割工序、成品檢驗工序、成品包裝與保護工序。
2.根據權利要求I所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，其特徵是所述的工件模型製作工序，要求將需要成形的工件模型，通過成型曲線為2階可導線形製作的光滑曲面，延伸至液壓基準平面上； 所述的多點模具調形工序，通過多點模具調形系統直接從成形工件模型文件中讀取控制點坐標，通過所述的測距尺反饋距離信息給多點模具調形系統，進行閉環控制，調形精度達到 0. 02mm。
3.根據權利要求I或2所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，其特徵是所述的充液拉伸工序，在壓力機壓緊後，達到預定壓力值保壓1-10分鐘，打開進液管開關，液壓設備向液壓腔內注入液體，當液體壓力達到預定壓力值時，加壓結束，液壓設備壓力設定值與成形形狀和金屬板材材質有關，對IOmm的招合金板材,此設定值在0. 5Mpa至40Mpa,對於ImnT12mm的鋼板,此設定值在IMpa至IOOMpa ;壓力機預定壓力值為液壓設備壓力設定值乘以金屬板材受壓面積所得壓力值的I. 2^2. 0倍。
4.根據權利要求I或2或3所述的多點無模快速調形液壓脹形工藝，其特徵是所述的保壓定形工序，充液拉伸結束後，通過液壓設備保持此壓力1-10分鐘，保壓時間根據成形工件曲面的形狀及工件材質確定； 所述的充氣排液工序，保壓結束後，關閉進液管開關，打開出液管開關及進氣管開關，由氣泵向液壓腔內充氣，液體由出液管回流至液壓設備； 成型工件測量工序，取出成形工件，放置在三維測量平臺上，進行三維掃描，將掃描文件與工件模型相對照，控制尺寸精度為0. 05mm ； 所述的數控切割工序，將成形工件，由三維測量平臺上取出，放置在數控切割機上，根據工件模型進行切割，切割精度為0. 05mm ； 所述的成品檢驗工序，將切割完成的工件放置在三維測量平臺上進行成品尺寸檢驗和外觀檢驗； 所述的成品包裝與保護工序，將切割好的工件放置在曲面託架上，表面貼膜，再用氣泡膜包裹工件。
5.一種多點無模快速調形液壓脹形設備，其組成包括多點模具，其特徵是所述的多點模具與多點模具調形系統連接，所述的多點模具和所述的多點模具調形系統安裝在殼體內，所述的殼體與壓力機連接，所述的多點模具連接萬向頭，所述的金屬板材位於上壓邊圈和下壓邊圈之間，所述的柔性墊板位於萬向頭和金屬板材之間，氣泵通過進氣管與所述的液壓腔連接，所述的液壓設備通過所述的進液管和所述的出液管與所述的液壓腔連接。
6.根據權利要求5所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，其特徵是所述的柔性墊板採用聚氨酯板，所述的柔性墊板可在聚氨酯板內複合金屬夾片，所述的柔性墊板的厚度根據成形工件外形特點及成形工件金屬材質確定。
7.根據權利要求5或6所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，其特徵是所述的多點模具調形系統包括計算機控制系統，所述的計算機控制系統連接旋轉電機及驅動器，所述的旋轉電機及驅動器與基本體連接，所述的旋轉電機及驅動器安裝在電機支架上，所述的基準平面與所述的基本體連接，所述的基本體與球頭支座連接，所述的球頭支座與萬向頭連接，所述的基本體與所述萬向頭之間安裝有拉伸彈簧，所述的基本體上安裝有測距尺。
8.根據權利要求7所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，其特徵是所述的基本體為絲杆升降機構，通過絲杆的旋轉，來實現絲杆螺母的升降。
9.根據權利要求7所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，其特徵是所述的多點模具調形系統，由所述的旋轉電機及驅動器連接到每個所述的基本體，所述的旋轉電機及驅動器連接在所述的計算機控制系統中，通過所述的測距尺反饋的所述的基本體調形高度信息，進行閉環控制，調形精度達到0. 02mm。
10.根據權利要求5或6或8或9所述的多點無模快速調形液壓脹形設備，其特徵是所述的萬向頭安裝在所述的基本體末端，以所述的萬向頭頂部中心點為球心轉動，最大空間轉角為39°，轉動過程中，頂部中心點豎向坐標不改變，所述的萬向頭可拆卸，根據成形曲面形式進行更換。
全文摘要
多點無模快速調形液壓拉脹形工藝及脹形設備。模具成形方法生產效率高、加工件的精度高、適合大批量生產，多年來一直佔據著主導地位。但缺點是模具設計製造周期長，維護費用高，往往成形一個零件需要多個模具，造成新產品開發周期長，成本高，而且缺乏柔性，產品稍作改變後模具需要重新設計更換。本發明工藝包括如下步驟工件模型製作工序、多點模具調形工序、充液拉伸工序、保壓定形工序、充氣排液工序、成形工件測量工序、數控切割工序、成品檢驗工序、成品包裝與保護工序。本產品用於多點無模快速調形液壓脹形。
文檔編號B21D26/021GK102716965SQ20121024292
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月15日 優先權日2012年7月15日
發明者劉培江, 許佳樂, 陳月明, 黃技元 申請人:哈爾濱工業大學空間鋼結構幕牆有限公司