CN109175051B - 一种无模多点旋压三维曲面成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无模多点旋压三维曲面成形方法，能够高效、简易并且低成本地实现板材的复杂三维曲面成形。所述的板材形成于上成形多点模具和下成形旋压钢珠之间经过旋压成形的步骤。在所述多点旋压成形步骤中，板材被压边圈固定，且被板材上面的多点模具和下面的集群钢珠旋压。所述旋压钢珠在所述旋压仓中随机占据位置，随着板材的塑性形变，为了保持对集群钢珠始终与板材接触且产生足够大的压力，钢珠要随机填充由于板材塑性变形而产生的空位。所述曲面多点旋压方法，会导致板材在宽度方向的同一横截面内的不同部位产生不同压缩比，所以板材在宽度方向上各点纵向延伸不均匀，进而使板材在旋压过程中产生塑性形变，从而实现三维曲面成形。

Description

一种无模多点旋压三维曲面成形方法

技术领域

本发明属于金属材料成形的技术领域，涉及金属材料冷成形加工工艺，具体的说，本发明涉及一种对板材无模多点旋压曲面成形工艺。

背景技术

目前的板材三维曲面成形主要还是以模具成形方法为主，也有部分应用轧制成形和无模多点成形。其模具成形具有制作模、调试模具成本高、周期长。而用模具成形较大尺寸三维曲面就需要大型模具与重型压力机。且板材的模具成形随着成形产品的增加，模具的磨损比较严重，造成产品成形精度不够。模具成形方法加工周期长，需要投入大量的人力、物力，无法满足小批量或个性化生产的需要，尤其对于三维曲面零件采用模具的方式不太切合实际，制作模具成本太高，而后期也会造成模具的浪费。若采用手工方式成形，则会有加工精度低、劳动强度大、生产效率低且成形质量难以保证。随着科技的发展，对板材成形的形状要求越来越复杂，在现有技术中，传统的模具装置可以实现冲压、弯曲、胀形等，难实现复杂曲面的成形。轧制对板材成形圆筒、圆锥等简单曲面的成形有优势，却难于实现真三维曲面的成形。而三维柔性卷板加工方法能够成形三维曲面，但成形的工作辊是离散排布的，导致成形的板材表面质量不好，导致其应用和发展受到了限制。单点滚轮旋压板材成形可以成形出三维曲面件，但成形精度也不高，且板材随着模具一起旋转，与滚轮接触的地方会产生划痕，且生产效率低。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的使提供一种无模多点旋压三维曲面成形方法，能够高效、简易并且低成本地实现板材的复杂三维曲面成形。所述的板材形成于上成形多点模具和下成形旋压钢珠之间经过旋压成形的步骤。在所述多点旋压成形步骤中，板材被压边圈固定，且被板材上面的多点模具和下面的集群钢珠旋压。所述旋压钢珠在所述旋压仓中随机占据位置，随着板材的塑性形变，为了保持对集群钢珠始终与板材接触且产生足够大的压力，钢珠要随机填充由于板材塑性变形而产生的空位。所述曲面多点旋压方法，会导致板材在宽度方向的同一横截面内的不同部位产生不同压缩比，所以板材在宽度方向上各点纵向延伸不均匀，进而使板材在旋压过程中产生塑性形变，从而实现三维曲面成形。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种无模多点旋压三维曲面成形方法，在旋压机上对金属板坯料1进行多点旋压加工，所述的金属板坯料1通过多点模具3及集群钢珠2在旋压机上安装，用电机6带动搅拌装置5对旋压仓4的集群钢珠2搅拌的同时液压7向下调整多点模具的形状，达到对金属板坯料1均匀旋压成形，具体为：

S1、截取坯料：该坯料为金属板坯料，即截取金属板坯料1，截取的金属板坯料的面积大小为200mm×200mm；

S2、打开模具：此时要将控制多点的液压杆7调回初始位置，并将固定压边圈9的螺母松开；

S3、板坯料装夹：将所述的板坯料1放置于旋压机上，压 边圈9将金属板坯料上下分别压紧，锁死螺母。然后调节板坯料1上面的液压杆7使液压控制的多点的下端接触到金属板坯料1的上表面；再向上调节控制搅拌轮5上下位置的液压杆8使旋压仓内的钢珠2接触到金属板坯料11的下表面。所述的钢珠的直径为5-10mm，所述钢珠2在旋压仓4中的深度要超过所述多点形成模具曲面最高点与最低点的高度差；

S4、旋压成形：在将板坯料1固定夹紧和上面多点3与下面钢珠2都与金属板坯料1接触好之后，启动旋压搅拌的电机6，在程序的控制下按照设定好的转速开始顺时针和逆时针往复旋转搅拌钢珠2，顺时针和逆时针旋转均能为两圈。此时上方的液压7在程序控制向下压金属板坯料1，根据最终模具的形状每个点向下走的位移不同，最终接触金属板坯料1的多点3会调节成目标模具的形状。所述的集群式的钢珠2将按照电机6的搅拌方向对金属板坯料1旋压，从而迫使钢珠2将被加工件旋压变形，在旋压的同时控制搅拌轮位置的液压杆8随着旋压仓体积的减小而向下运动，始终保持旋压仓体积一定，因此达到了对金属板坯料1边压边旋的塑性成形，最终板坯料1与多点调出的模具3贴合，促使板坯料成形为半成品；

S5、修整边缘：对旋压出来的半成品的毛边进行修剪，使其边缘光整；

S6、后续加工处理：对半成品机械加工和表面处理达到想要的产品。

所述钢珠2在所述金属板坯料1上呈非线性分布。

所述的金属板坯料1固定加紧，旋压的钢珠2从金属板坯料1的表面沿旋转方向经过所述金属板坯料1的表面。

金属板坯料1上下两侧部位所对应的应力方向不同,上侧部位的多点接触的应力方向为切应力方向，另一侧钢珠对金属板坯料1为主应力方向，而且在所述金属板坯料1的轴向上,位于所述上侧部位和所述另一侧部位之间的主应力值不同,上侧应力值应大于下侧的应力值，这样才使金属板坯料1发生塑性变形，其值都呈非线性变化并且在所述金属板坯料1从所述多点和钢珠中间旋压的过程中，原来上侧压力值较大的一侧部位的值逐渐变小,原来下侧钢珠的压力值较小且逐渐变大。

所述旋压钢珠被控制为沿所述金属板坯料1向呈多点调出的形状分布，所述模具形状为不规则曲面形状。

所述钢珠在所述金属板坯料1成形步骤中实时变化，始终填充空缺的部位，所述的多点在金属板坯料1成形过程中也实时变化。

所述成形钢珠的旋转沿母线的弧线回转体旋转。

所述金属板坯料1为具有延展性、适合进行塑性加工的板状材料。

所述金属板坯料1为塑性好且强度高的金属板，或者是复合材料板中的一种。

有益效果如下：本发明提供的多点旋压成形方法能够简单、高效并且低成本地实现板材的三维曲面成形，解决了现有技术的成型精度低和生产效率低的问题。

附图说明

下面是对本说明书各幅附图所表达的内容和图中的标记的简单说明：

图1为本发明提供的工艺方法的流程框图；

图2为本发明所述的装夹后板材、压边圈、集群钢球的结构图；

图3为本发明所述的板材多点旋压加工机构示意图；

图4为本发明所述的板材半成品图；

图中标记的名称：1、金属板板坯料，2、钢球，3、旋压多点模具，4、旋压仓，5、搅拌轮，6、电机，7、控制多点模具的液压杆，8、控制搅拌轮位置的液压杆，9、压边圈。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明提供一种无模多点旋压三维曲面成形方法，在旋压机上对金属板坯料1进行多点旋压加工，所述的金属板坯料1通过多点模具3及集群钢珠2在旋压机上安装，用电机6带动搅拌装置5对旋压仓4的集群钢珠2搅拌的同时液压7向下调整多点模具的形状，达到对金属板坯料1均匀旋压成形，具体为：

S1、截取坯料：该坯料为金属板坯料，即截取金属板坯料1，截取的金属板坯料的面积大小为200mm×200mm；

S2、打开模具：此时要将控制多点的液压杆7调回初始位置，并将固定压边圈9的螺母松开；

S3、板坯料装夹：将所述的板坯料1放置于旋压机上，压 边圈9将金属板坯料上下分别压紧，锁死螺母。然后调节金属板坯料1上面的液压杆7使液压控制的多点的下端接触到金属板坯料1的上表面；再向上调节控制搅拌轮5上下位置的液压杆8使旋压仓内的钢珠2接触到金属板坯料11的下表面。所述的钢珠的直径为5-10mm，所述钢珠2在旋压仓4中的深度要超过所述多点形成模具曲面最高点与最低点的高度差；

S4、旋压成形：在将板坯料1固定夹紧和上面多点3与下面钢珠2都与金属板坯料1接触好之后，启动旋压搅拌的电机6，在程序的控制下按照设定好的转速开始顺时针和逆时针往复旋转搅拌钢珠2，顺时针和逆时针旋转均能为两圈。此时上方的液压7在程序控制向下压金属板坯料1，根据最终模具的形状每个点向下走的位移不同，最终接触金属板坯料1的多点3会调节成目标模具的形状。所述的集群式的钢珠2将按照电机6的搅拌方向对金属板坯料1旋压，从而迫使钢珠2将被加工件旋压变形，在旋压的同时控制搅拌轮位置的液压杆8随着旋压仓体积的减小而向下运动，始终保持旋压仓体积一定，因此达到了对金属板坯料1边压边旋的塑性成形，最终板坯料1与多点调出的模具3贴合，促使板坯料成形为半成品；

S5、修整边缘：对旋压出来的半成品的毛边进行修剪，使其边缘光整；

S6、后续加工处理：对半成品机械加工和表面处理达到想要的产品。经过上述工艺流程，得到符合要求的板材旋压件。

此外，用于对板材进行三维曲面成形的曲面无模多点旋压方法中，所述多点模具为无模多点模具，被上部的液压杆控制，可以上下调节高度。所述上下调节的高度是根据所需模具的形状来具体的调节每一个点的高度，从实现从无模到有模的过程。节省了模具的制造与更换模具的过程。

所述的上部是旋压机的上部，由液压控制多点模具的运动。对板材进行三维曲面成形的曲面无模多点旋压方法中板材下部的旋压仓中装有一定体积的钢珠，即所述的集群钢珠。所述的一定体积是根据多点形成目标模具曲面的最高点与最低点的高度差而定的，所述装在旋压仓中的集群钢珠的体积要大于曲面模具的高度差。所述钢珠的大小一般在5mm～15mm之间旋压出的效果最好。对板材进行三维曲面成形的曲面无模多点旋压方法中，所述的成形板材四周是被压边圈所加紧，且压边圈的压力适中即可，所述的压边圈的压力适中是压边圈压在板材上时的压力不能过大也不能过小，过大会使板材成形困难，易将板材旋压开裂，压力过小会在板材旋压成形时板材周围向塑性变形区域流动量太大，影响成形效果。经实验验证分析可得当压边圈的螺母刚刚锁紧时效果最佳。

对板材进行三维曲面成形的曲面无模多点旋压方法中，板材上面的多点模具是由程序控制按照目标模具成形的。板材下部的集群钢珠的运动是随机的且呈非线性变化的。通过采用所述构成方式，使板材中央部位的压缩比大于板材两侧的压缩比，即板材上面每一个多点的压力与板材下部旋压钢珠的压力不同，从而使板材中央部位的延伸量大于两侧部位的延伸量，进而使板材在集群钢珠旋压过程中变成为球面状曲面或类似球面状曲面，以实现球面状曲面或类似球面状曲面的成形。最终的成形曲面的形状取决于多点模具的调节。

此外，用于对板材进行三维曲面成形的曲面旋压方法中，可以是所述多点模具的形状在所述旋压过程中实时变化。通过采用所述构成方式，在成形过程中使板材在不同时间、不同区域的延伸率不同，进而使板材变形为期望的曲面，以实现旋压曲面的成形。此外，用于对板材进行三维曲面成形的曲面旋压方法中，所述成形旋压的钢珠是在电机带动的搅拌轮的搅拌作用下单个钢珠的运动是无规律的、随机的，但整体的运动是跟随钢珠搅拌的方向而有规律的旋转。通过采用所述构成方式，当多点模具在液压杆的作用下向下挤压板材的同时集群钢珠在对板材挤压的同时开始旋转，减小所述成形时的交变载荷，增加所述成形的质量。此外，用于对板材进行三维曲面成形的曲面多点旋压方法中，所述板材为具有延展性、适合进行塑性加工的板状材料。所述板材在具有延展性的情况下，能够产生塑性变形，且能承受一定的应力，使所述板材的不同区域在成形后保持不同的变形量，以实现所期望的曲面成形。所述用于对板材进行三维曲面成形的曲面多点旋压方法中，所述板材可以为选自金属板、合金板、以及某种耐压的复合材料板。在所述多点旋压成形步骤中，所述多点模具的调节被控制为所期望的模具大小，并且，所述旋压钢珠的运动在板材下方，呈随机且非线性分布。此多点旋压成形方法能够简单、高效并且低成本地实现板材的三维曲面成形。

Claims (8)

1.一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：在旋压机上对金属板坯料（1）进行多点旋压加工，所述的金属板坯料（1）通过多点模具（3）及集群钢珠（2）在旋压机上安装，用电机（6）带动搅拌装置（5）对旋压仓（4）的集群钢珠（2）搅拌的同时控制多点模具的液压杆（7）向下调整多点模具的形状，达到对金属板坯料（1）均匀旋压成形，具体为：S1、截取坯料：该坯料为金属板坯料，即截取金属板坯料（1），截取的金属板坯料（1）的面积大小为200mm×200mm；S2、打开模具：此时要将控制多点模具的液压杆（7）调回初始位置，并将固定压边圈（9）的螺母松开；S3、板坯料装夹：将所述的金属板坯料（1）放置于旋压机上，用压边圈（9）将金属板坯料（1）上下分别压紧，锁死螺母，然后调节金属板坯料（1）上面的控制多点模具的液压杆（7）使液压控制的多点模具的下端接触到金属板坯料（1）的上表面；再向上调节控制搅拌装置（5）上下位置的液压杆（8）使旋压仓内的集群钢珠（2）接触到金属板坯料（1）的下表面，所述的集群钢珠的直径为5-10mm，所述集群钢珠（2）在旋压仓（4）中的深度要超过所述多点模具曲面最高点与最低点的高度差；S4、旋压成形：在将金属板坯料（1）固定夹紧和上面多点模具（3）与下面集群钢珠（2）都与金属板坯料（1）接触好之后，启动旋压搅拌的电机（6），在程序的控制下按照设定好的转速开始顺时针和逆时针往复旋转搅拌集群钢珠（2），顺时针和逆时针旋转均能为两圈，此时上方的控制多点模具的液压杆（7）在程序控制向下压金属板坯料（1），根据最终模具的形状每个点向下走的位移不同，最终接触金属板坯料（1）的多点模具（3）会调节成目标模具的形状，所述的集群钢珠（2）将按照电机（6）的搅拌方向对金属板坯料（1）旋压，从而迫使集群钢珠（2）将被加工件旋压变形，在旋压的同时控制搅拌轮位置的液压杆（8）随着旋压仓体积的减小而向下运动，始终保持旋压仓体积一定，因此达到了对金属板坯料（1）边压边旋的塑性成形，最终金属板坯料（1）与调出的多点模具（3）贴合，促使板坯料成形为半成品；S5、修整边缘：对旋压出来的半成品的毛边进行修剪，使其边缘光整；S6、后续加工处理：对半成品机械加工和表面处理达到想要的产品；

所述集群钢珠在所述金属板坯料（1）成形步骤中实时变化，始终填充空缺的部位，所述的多点模具在金属板坯料（1）成形过程中也实时变化，通过采用上述方式，在成形过程中使板材在不同时间、不同区域的延伸率不同。

2.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述集群钢珠（2）在所述金属板坯料（1）上呈非线性分布。

3.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述的金属板坯料（1）固定加紧，旋压的集群钢珠（2）从金属板坯料（1）的表面沿旋转方向经过所述金属板坯料（1）的表面。

4.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：金属板坯料（1）上下两侧部位所对应的应力方向不同，上侧部位的多点接触的应力方向为切应力方向，另一侧集群钢珠对金属板坯料（1）为主应力方向，而且在所述金属板坯料（1）的轴向上，位于所述上侧部位和所述另一侧部位之间的主应力值不同，上侧应力值应大于下侧的应力值，这样才使金属板坯料（1）发生塑性变形，其值都呈非线性变化并且在所述金属板坯料（1）从所述多点模具和集群钢珠中间旋压的过程中，原来上侧压力值较大的一侧部位的值逐渐变小，原来下侧集群钢珠的压力值较小且逐渐变大。

5.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述集群钢珠被控制为沿所述金属板坯料（1）向呈多点调出的形状分布，所述多点模具形状为不规则曲面形状。

6.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述集群钢珠的旋转沿母线的弧线回转体旋转。

7.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述金属板坯料（1）为具有延展性、适合进行塑性加工的板状材料。

8.如权利要求1所述的一种无模多点旋压三维曲面成形方法，其特征在于：所述金属板坯料（1）为塑性好且强度高的金属板，或者是复合材料板中的一种。

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