CN109985939B - 一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种多点、多单元控制的大曲率三维拉弯成形装置，属于金属型材拉弯成形技术领域。本发明设计的成形装置主要由底座控制单元、多点成形模具、工作台、液压油缸、限位元件（销轴，螺栓组，液压油缸，定位丝杠）等部件组成。为了解决目前车身骨架结构由于多段成形而不能保证该骨架结构的整体性能一致的问题，本发明设计了一种离散可调形的分段模具底座结构，扩展了型材三维拉弯成形过程中的合模变形空间，增加了弯曲成形的曲率半径，通过调形各底座单元上的多点模具构成的包络面形状，实现了大型整体三维弯曲结构件的制造，如三维弯曲U形件。该发明可广泛应用于轨道车辆构件、航空航天构件、以及各金属制造行业的各种复杂大变形的结构制件的生产。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计、模具结构、执行机构设计，属于金属型材拉弯成形技术领域，可广泛应用于轨道车辆构件、航空航天构件、以及各金属制造行业的各种复杂大变形的结构制件的生产。
背景技术
铝、镁、钛等轻金属材料，由于具有比强度与比刚度高等特性，在汽车、轨道交通和航空航天等制造领域显示出越来越广泛的应用前景，特别表现在复杂的大型拉弯骨架构件。研究与发展轻合金材料先进成形技术，对实现复杂化零构件高质量、低成本、短周期制造，缓解由于交通运输带来的能源、环保压力以及节能减排具有重大的意义。目前针对高端装备或载运工具的车身骨架结构，一般采用分段成形方法，即将整体结构分割为若干个局部结构件分别成形，最终通过焊接的方法再将其连接成为一个整体结构。例如我国高铁列车车头骨架结构，其每一道横梁结构为U形铝合金三维弯曲构件，目前成形方法就将其分为三段进行独立加工成形，最后焊接为整体构件。然而，受焊接接头的影响，焊接构件的整体结构性能不能保证一致性，接头位置在震动和冲击工况下易出现裂纹，从而导致整体结构强度降低，甚至失效，尤其是对于有色金属合金来说，其焊接接头的质量难以保证，因此一般焊接的大型拉弯构件寿命难以保证，同时也会降低载运工具车身的安全性。此外，目前三维拉弯成形工艺一般采用整体的工作台结构，多点模具在工作台上的位置受整体工作台结构限制，无法实现如U形结构件的整体三维拉弯成形。为此，本发明开发了一种分段可调形的工作台装置，可实现复杂截面大型整体结构件的一次整体弯曲成形，减少焊接接头，提高了结构强度。
发明内容
本发明要解决的问题是：采用多点多单元控制，提供一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置，将整体工作台离散为可调形的分段底座结构，突破了传统三维拉弯中多点模具弯曲成形半径的限制，可实现大型复杂三维拉弯构件，如三维弯曲U形件的一次成形，提高了构件的结构强度及工作稳定性。型材的拉弯成形是针对型材施加拉应力和弯矩使得型材成形。传统的复杂骨架构件多为焊接件，结构强度低、工作稳定性差、使用寿命短。本发明模具为离散化多点成形模具，使型材在水平平面拉弯成形的同时，达到垂直平面内的拉弯成形。
本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：
一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置，其特征在于，该装置主要由底座单元1（1）、底座单元2（2）、底座单元3（3）、若干个多点成形模具（4）、工作台（5）、液压油缸（6）组成。它们的连接关系如下：底座单元2（2）固定在工作台（5）上；底座单元1（1）与底座单元3（3）安装在定位槽（14）上；底座单元1（1）与底座单元3（3）可绕工作台（5）上的定位销轴（19）旋转。底座单元1（1）与底座单元3（3）通过铰链座（13）与液压油缸（6）连接。
根据权利要求1所述的一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置，其特点在于，所述的每个底座单元沿纵向平行开设若干个T形槽（8），每个T形槽（8）上配有一个独立的多点成形模具（4），多点成形模具（4）可沿T形槽（8）前后移动，并由螺栓组（16）固定在各底座单元上。底座单元1（1）与底座单元3（3）通过绞链座（13）与液压油缸（6）连接，液压油缸（6）安装在工作台（5）上；底座单元2（2）为对称结构，两侧皆设有定位槽（14），内侧面为曲面结构，可加大底座单元1（1）与底座单元3（3）上多点成形模具（4）的有效行程。底座单元1（1）与底座单元3（3）安装在定位槽（14）上，实现与底座单元2（2）的连接。
根据权利要求1所述的一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置，其特点在于，所述的每个多点成形模具（4）主要由成形面滑块（10）、模块柱（9）及垂直方向上的定位丝杠（15）等部件组成，由于成形面滑块（10）后部球形销（18）的独特球面结构，成形面滑块（10）可在模块柱槽（11）内实现上下移动、水平平面上的转动及垂直平面上的转动。
由于多点成形模具可以通过上下、前后移动以及水平平面和垂直平面内的转动实现位移和角度调整，从而使得工作台大幅度简化。底座单元可以实现水平平面内的转动，控制模块的空间变化范围变大，多点成形模具的有效工作行程增大，使拉弯过程中水平平面内的弯曲曲线调整幅度极大增强，结合垂直平面内的弯曲调整，实现复杂大变形弯曲构件的整体成形。
附图说明
图1（a）是本发明的整体模具轴测视图。
图1（b）是图1（a）的主视图。
图2是多点成形模具的立体示意图。
图3是底座单元2的立体示意图。
图4是底座单元1的立体示意图。
其中：1、底座单元1，2、底座单元2，3、底座单元3，4、多点成形模具，5、工作台，6、液压油缸，7、定位孔，8、T形槽，9、模块柱，10、成形面滑块，11、模块柱槽，12、型材，13、铰链座，14、定位槽，15、定位丝杠，16、螺栓组，17、定位板，18、球形销，19、定位销轴。
具体实施方式
本发明为多点拉弯复杂弯曲大变形成形装置，将拉弯过程分成两部分，水平面的拉弯和垂直平面的拉弯。该装置将底座分成三个底座单元，共同作用为一个整体，底座单元2固定在工作台上，底座单元1和底座单元3通过定位板与定位孔定位，与液压油缸共同作用实现水平面的转动。每个底座单元上开有若干个T形槽，每个槽孔上配有独立的多点成形模具。多点成形模具分为模块柱和成形面滑块，成形面滑块可以在模块柱槽上自由上下移动，水平转动和垂直转动及固定；成形模具则可以在T形槽上实现自由的前后移动及固定。成形模具的移动以及底座单元的转动，使成形模块的有效工作行程增大，拉弯过程中空间弯曲曲线调整幅度极大增强，从而得到较大弯曲变形的三维拉弯成形型材。
具体实施例一 ，矩形截面型材的整体U形三维拉弯过程。
第一步：根据目标型材几何形状参数确定使用的多点成形模具的数量。首先通过液压油缸调整使底座单元外侧与工作台边缘平齐，达到初始状态。
第二步：根据目的U形件的形状参数，收缩液压油缸，调节底座单元1与底座单元3旋转至有效工作极限位置，并进行保压固定，完成底座单元调形。
第三步：根据目标U形件的几何形状参数计算多点成形模具位置参数，并调整多点成形模具在底座单元上的位置，规划型材两端夹钳运动轨迹。
第四步：固定螺栓组，使多点成形模具在底座单元上固定；调节定位丝杠，保证成形过程中多点成形模具达到所限定的高度。
第五步：由夹钳带动型材在成形面滑块内运动，通过多点成形模具在水平平面和垂直平面内的移动和限位，最终实现合模，达到整体三维U形件的一次性成形。
第六步：关闭动力源，松开夹钳，将U形件取下。
Claims (1)
1.一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置，其特征在于，该装置主要由底座单元1（1）、底座单元2（2）、底座单元3（3）、若干个多点成形模具（4）、工作台（5）、液压油缸（6）组成，它们的连接关系如下：底座单元2（2）固定在工作台（5）上；底座单元1（1）与底座单元3（3）安装在定位槽（14）上；底座单元1（1）与底座单元3（3）可绕工作台（5）上的定位销轴（19）旋转；底座单元1（1）与底座单元3（3）通过铰链座（13）与液压油缸（6）连接；
每个底座单元沿纵向平行开设若干个T形槽（8），每个T形槽（8）上配有一个独立的多点成形模具（4），多点成形模具（4）可沿T形槽（8）前后移动，并由螺栓组（16）固定在各底座单元上；底座单元1（1）与底座单元3（3）通过铰链座（13）与液压油缸（6）连接，液压油缸（6）安装在工作台（5）上；底座单元2（2）为对称结构，两侧皆设有定位槽（14），内侧面为曲面结构，可加大底座单元1（1）与底座单元3（3）上多点成形模具（4）的有效行程；底座单元1（1）与底座单元3（3）安装在定位槽（14）上，实现与底座单元2（2）的连接；
多点成形模具（4）主要由成形面滑块（10）、模块柱（9）及垂直方向上的定位丝杠（15）组成，由于成形面滑块（10）后部球形销（18）的独特球面结构，成形面滑块（10）可在模块柱槽（11）内实现上下移动、水平平面上的转动及垂直平面上的转动。
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