專利名稱：方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具板材曲面成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具板材曲面成形裝置
一、 技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種板材構(gòu)件曲面成形用的裝置，主要用于具有三維曲面 的船體外板構(gòu)件等可調(diào)活絡(luò)模具的造型和進(jìn)行沖壓的塑性成形加工，屬于機(jī)械 工程領(lǐng)域。
二、 背景技術(shù)-
曲面板材零件的制造，其傳統(tǒng)的曲面成形方法主要是沖壓成形。但是沖壓 成形主要用于大批量生產(chǎn)，這種成形方法加工一種零件往往需要數(shù)套整體式模 具。沖壓加工件的精度好、質(zhì)量高，但是存在模具制造成本高，生產(chǎn)周期長等 問題。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，造船業(yè)也在迅速發(fā)展。造船中的船體外板相同 構(gòu)件的批量極少、形狀復(fù)雜、尺度大，曲率較小，如制成整體式的大型模具進(jìn) 行加工，則非常昂貴，幾乎是不可能的。故目前對于簡單曲度的船體外板構(gòu)件， 一般是使用三芯輥或油壓機(jī)的方法進(jìn)行加工；而對于復(fù)雜曲面的船體外板構(gòu) 件，則是使用上述機(jī)械方法預(yù)先進(jìn)行橫向曲度加工，在初步成形的基礎(chǔ)上，再 由人工使用水火彎板的方法進(jìn)行縱向彎曲。眾所周知，水火彎板成形工藝的生 產(chǎn)條件差、勞動強(qiáng)度大、對工人技術(shù)水平要求高、生產(chǎn)效率低下等。
為此，人們在進(jìn)行多壓頭和多點式板材成形的探討。
已有的有關(guān)代表性技術(shù)文獻(xiàn)有
文獻(xiàn)l用于板材沖壓加工的"板材多點成形裝置"(專利號02273508. 9)
等；
文獻(xiàn)2用于飛機(jī)板材蒙皮技術(shù)的DE4213490C1專利等；
文獻(xiàn)3用于造船的技術(shù)方案"日本多壓頭式彎板機(jī)"(船體建造工藝學(xué)， 人民交通出版社，1980年12月，第141 — 149頁)。
文獻(xiàn)l的壓頭為球形曲面，在沖壓造型時，與板材為"多點"接觸，沖壓 后板材的壓痕大，且受壓縮變形部分的板材容易產(chǎn)生有害的皺折變形。為避免皺折變形的產(chǎn)生，在模具周圍需另外設(shè)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(xiàn)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 和皺折變形的問題。文獻(xiàn)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(chǎn)生有害的皺折變形，另外， 因受壓部分板材的失穩(wěn)，驅(qū)使上下對中的一對壓頭產(chǎn)生擺動，仍然使板材產(chǎn)生 有害的皺折變形。從上述等文獻(xiàn)看出，其壓頭不外是圓盤形或球形曲面。如何 在板材沖壓過程中防止產(chǎn)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(shù)難題。
三、發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種方形壓頭可調(diào)活絡(luò)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(gòu)件改水火加工為冷彎加工，消除外板曲 面構(gòu)件在沖壓過程中產(chǎn)生的皺折變形和減少壓痕，提高加工質(zhì)量，為船體外板 曲面構(gòu)件的加工，提供一種新的曲面造型的方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具，實現(xiàn)用冷 沖壓方法進(jìn)行船體外板構(gòu)件的成形加工。
本實用新型的上述目的是這樣實現(xiàn)的，結(jié)合
如下 一種方形壓頭可調(diào)活絡(luò)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(diào)節(jié)的可調(diào)模4和加載機(jī)構(gòu)組成，上、下兩組可調(diào)
模4安裝在加載機(jī)構(gòu)中，上、下兩組可調(diào)模4中至少有一組在加載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下
可上下移動。
所述的可調(diào)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(nèi)，每個方形壓頭1的高度均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，組成下或上可調(diào)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(nèi)的支撐體2上， 組成上或下可調(diào)模4;即，當(dāng)其MXN個方形壓頭1的模具為下可調(diào)模4時， 則其(M_l) X (N—l)個方形壓頭1的模具為上可調(diào)模4;當(dāng)其MXN個方 形壓頭1的模具為上可調(diào)模4時，則其(M—l) X (N—l)個方形壓頭1的模 具為下可調(diào)模4。上、下可調(diào)模4中的每個方形壓頭1的高度均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，且上、下可調(diào)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(diào)模4，可迅速構(gòu)筑成一個密集的、各方形壓頭之間間 隙非常小的、壓合面積最大的設(shè)定曲面5。使用加載機(jī)構(gòu)6驅(qū)動上可調(diào)模4向 下，對板材7進(jìn)行施壓，達(dá)到板材成形目的，或者使用加載機(jī)構(gòu)6分別驅(qū)動上、 下可調(diào)模4的方法，對板材7進(jìn)行施壓。可調(diào)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(shè)置有錐度或弧度c，球體b部分坐落在固定 框架3內(nèi)的端面帶有凹形球面的支撐體2上、并通過彈簧8與方形壓頭1柔性 聯(lián)結(jié)，便于方形壓頭l的擺動。
支撐體2的另一端通過螺桿9與電機(jī)(步進(jìn)電機(jī))連接，這樣，方形壓頭 1、支撐體2、彈簧8、螺桿9與電機(jī)形成一個壓頭單元體。通過數(shù)控方法控制 電機(jī)，便可調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)模4，上可調(diào)模4的中心與下可調(diào) 模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可調(diào)模4與下可調(diào)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(diào)模 4的各方形壓頭1能互相支撐，不會因板材變形導(dǎo)致方形壓頭1產(chǎn)生傾斜擺動。 同時也可避免上可調(diào)模各方形壓頭1之間的空隙與下可調(diào)模各方形壓頭1之間 的空隙的重疊，能有效地避免沖壓過程中產(chǎn)生的皺折變形和減少壓痕。最后能 強(qiáng)制板材7在限定的上、下可調(diào)模4形成的間隙中進(jìn)行塑性成形。
由于本實用新型的上、下可調(diào)模4設(shè)置了施壓面為平面的方形壓頭1，在 板材沖壓時，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(diào)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(dǎo)致方形壓頭l，產(chǎn)生傾斜擺動，也使上、下可調(diào)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(diào)活絡(luò)模具的板材曲面成形方法，可迅速構(gòu)筑成一個密集 的、方形壓頭之間間隙非常小的、壓合面積最大的可調(diào)活絡(luò)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(zhì)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(diào)活絡(luò)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，同時由于上、下可調(diào)活絡(luò)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(dǎo)致產(chǎn) 生傾斜擺動，因而能強(qiáng)制板材在限定的上、下可調(diào)活絡(luò)模具形成的間隙中進(jìn)行 塑性成形，故能有效防止板材成形過程中鈹折缺陷的產(chǎn)生，也能減少壓痕缺陷， 顯著的提高了板材的成形質(zhì)量。
四、 附圖說明
圖1使用方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具進(jìn)行曲面造型的方法示意圖2使用方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具的船舶板材曲面成形方法示意圖3可調(diào)模中壓頭單元體的組成示意圖4方形壓頭的結(jié)構(gòu)形式示意圖5方形壓頭在可調(diào)模上的連接示意圖6上、下可調(diào)模的排列示意圖7使用方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具的板材曲面成形裝置的示意圖。 圖中l(wèi)一方形壓頭；2 —支撐體；3—固定框架；4一可調(diào)模；5 —設(shè) 定曲面；6 —壓力機(jī)；7 —板材；8 —彈簧；9-螺桿；IO —驅(qū)動電機(jī)。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實施例，進(jìn)一步說明本實用新型的具體內(nèi)容及工作過程。
方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具板材曲面成形裝置，主要用于造船中的船體外板構(gòu) 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(gòu)筑成一個密集的、壓頭之間間隙非常小的、接近整體 式的可調(diào)活絡(luò)模具的方法，能進(jìn)行任意曲面造型，解決板材沖壓產(chǎn)生皺折變形 的技術(shù)難題。
圖l是使用方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具進(jìn)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(diào)模4，安裝在固定框架3內(nèi)，均可使
用電動或其它方法驅(qū)動其上下運動，并可使用數(shù)控方法對其進(jìn)行高度上的調(diào)節(jié)，組成下可調(diào)模4，可調(diào)模4上的方形壓頭1的施壓面是一個平面。下可調(diào) 模4，可迅速構(gòu)筑成一個密集的、各方形壓頭之間間隙非常小的、壓合面積最 大的設(shè)定曲面5?？烧{(diào)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(diào)模4的斷面方形尺寸略小一些，達(dá)到能適應(yīng)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(zhì)量越好，方形壓頭l 的尺寸應(yīng)依實際加工的常用板材的規(guī)格決定。
圖2是使用古形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具的船舶板材曲面成形方法示意圖。使用 一組具M(jìn)XN裝有可擺動的方形壓頭1安裝在固定框架3內(nèi)的的支撐體2上， 均可使用電動或其它方法驅(qū)動其上下運動，并可使用數(shù)控方法對其進(jìn)行高度上 的調(diào)節(jié)，組成下可調(diào)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(nèi)的的支撐體2上，均可使用電動驅(qū)動其上下運 動，并可使用數(shù)控方法對其進(jìn)行高度上的調(diào)節(jié)，組成上可調(diào)模4。使用壓力機(jī) 6驅(qū)動上可調(diào)模4向下，對板材7進(jìn)行施壓，達(dá)到板材成形目的。或者使用一 組(M—l) X (N—l)油缸分別驅(qū)動各上可調(diào)模4的方法，組成上可調(diào)模4。 對放在之間的板材7施壓，既實現(xiàn)了對板材7進(jìn)行設(shè)定曲面5的三維曲面的沖 壓成形，也達(dá)到了防止板材沖壓時產(chǎn)生皺折變形的目的。該可調(diào)模4，其寬度 應(yīng)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(jìn) 給，逐段成形，即可實現(xiàn)較大長度的船體板材的曲面成形。
圖3是可調(diào)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、螺桿9、電機(jī)10等組成，電機(jī)10可帶動螺桿9旋轉(zhuǎn)，靠螺旋副的 作用，使可調(diào)模4上的壓頭單元體上升或下降，進(jìn)而使在其端部的方形壓頭1 的高度能夠按照需要進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)一組MXN的可調(diào)模4上的方形壓頭1高度 按照設(shè)定曲面5的要求調(diào)節(jié)好之后，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(jié)構(gòu)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，也可制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(shè)置有錐度或弧度c，設(shè)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(chǎn)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，由于方形壓頭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(wěn)和減少壓痕的優(yōu)點。
圖5是方形壓頭在可調(diào)模上的連接示意圖。為實現(xiàn)板材7的曲面成形加工，方形壓頭1必需能夠適應(yīng)板材7彎曲，應(yīng)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(nèi)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(qiáng)有力地聯(lián)結(jié)在一起，因 而方形壓頭1就能獲得適應(yīng)板材曲面成形的擺動要求。
圖6是上、下可調(diào)模的排列示意圖。上、下可調(diào)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(diào)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(diào)模4，上可調(diào)模4的 中心與下可調(diào)模4的中心，在水平面上的投影是重合的，故上可調(diào)模4與下可 調(diào)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(dǎo)致方形壓頭1產(chǎn)生傾斜擺動， 上可調(diào)模4上的任何一個方形壓頭1都會被下可調(diào)模4上的相鄰的四個方形壓 頭1支持，反之一樣，下可調(diào)模4上的任何一個方形壓頭1都會被上可調(diào)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(wěn)而產(chǎn)生傾斜 擺動，最后能強(qiáng)制板材7在限定的上、下可調(diào)模4形成的間隙中進(jìn)行塑性成形， 從而能有效的防止板材皺折現(xiàn)象的發(fā)生。'
圖7是使用方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具的板材曲面成形裝置的示意圖。方形
壓頭可調(diào)活絡(luò)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(diào)模；6 —壓力機(jī)。本實施例的加載機(jī)構(gòu)為壓力機(jī)6。 一組帶有方形壓頭1的支撐體2裝在固定框架3內(nèi)，可組成上、下可調(diào)模4， 下可調(diào)模4安裝在壓力機(jī)6的底座6 (a)上，上可調(diào)模4安裝在壓力機(jī)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(qū)動下，上可調(diào)模4可進(jìn)行上下運動，與下可調(diào) 模4一起，對被加工的板材進(jìn)行沖壓加工。
由此可見，由于本實用新型的上、下可調(diào)模設(shè)置了施壓面為平面的方形壓 頭l，在板材沖壓時，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(diào)模的方形壓頭1為錯位排列，使上、下可調(diào)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沖壓過程中鈹折變形和壓痕的產(chǎn) 生，能提高加工質(zhì)量。
權(quán)利要求1、一種方形壓頭可調(diào)活絡(luò)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(diào)節(jié)的可調(diào)模(4)和加載機(jī)構(gòu)組成，上、下兩組可調(diào)模(4)安裝在加載機(jī)構(gòu)中，上、下兩組可調(diào)模(4)中至少有一組在加載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下可上下移動；其特征在于所述的可調(diào)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(nèi)的支撐體(2)上，組成下或上可調(diào)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(nèi)的支撐體(2)上，組成上或下可調(diào)模(4)；上、下可調(diào)模(4)中的每個方形壓頭(1)的高度均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，且上、下可調(diào)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(shè)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(nèi)端面上、并通過彈簧(8)與方形壓頭(1)柔性聯(lián)結(jié)。
專利摘要一種方形壓頭可調(diào)活絡(luò)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(diào)節(jié)的可調(diào)模(4)和加載機(jī)構(gòu)組成，上、下兩組可調(diào)模(4)安裝在加載機(jī)構(gòu)中，上、下兩組可調(diào)模(4)中至少有一組在加載機(jī)構(gòu)驅(qū)動下可上下移動；上、下兩組可調(diào)模(4)中分別設(shè)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，消除板材在沖壓過程中產(chǎn)生的皺折變形和減少壓痕，提高加工質(zhì)量，為船體外板曲面構(gòu)件的加工，提供一種新型的模具，實現(xiàn)用冷沖壓方法進(jìn)行船體外板構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者向祖權(quán), 張燦勇, 李培勇, 李繼先, 焦和桐, 王呈方, 勇 胡, 范正勇, 茅云生, 萍 袁, 馬軍偉 申請人:泰安市碩力液壓設(shè)備廠;武漢理工大學(xué)