[發明專利]一種板材多點成形裝置

有效

• 申請號: 201010604400.5
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102101363A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 王衛衛;于靜泊;賈彬彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B30B1/32
• 分類號: B30B1/32
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 王元生

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。CN2460239Y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。