CN112958695A - 一种多功能液压复合加载成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能液压复合加载成形装置，用于不同厚度金属曲面零件快速柔性成形，由一体式框架液压机、上移动横梁、下工作平台、多点模具和布置于两侧的液压拉伸机构组成；拉伸机构单侧由四个液压缸驱动，可实现夹料钳上下、左右方向的运动、转动、摆动等多种液压加载方式；拉伸机构与多点模具配合可实现金属厚板曲面对压成形、薄板曲面拉伸成形、拉伸与对压复合成形等可控路径的加载成形方式，多点模具可由数模自动调整型面，代替传统模具实现不同几何形状零件的成形；本发明可广泛用于双曲率飞机蒙皮、高铁司机室复杂曲面外板、金属建筑幕墙与雕塑曲面的高质量成形，以及船体外板、压力容器等金属薄板和厚板曲面零件的快速成形。

Description

一种多功能液压复合加载成形装置

技术领域

本发明属于机械工程设备领域，公开了一种多功能液压复合加载成形装置，是一种用于三维复杂曲面成形的塑性加工设备。

背景技术

双曲率飞机蒙皮、高铁司机室复杂曲面外板、金属建筑幕墙与雕塑曲面等具有厚度大，形状复杂，曲率变化大，生产批量小的特点。在这些曲面的实际生产中，需要保证产品的厚度均匀以及较高的成形质量，同时还需要使用快速柔性的生产方式以减小成本提高效率。多点对压成形和多点拉伸成形是三维曲面件的常用塑性成形方式。多点模具可根据所需零件的形状进行调形，因此一套模具即可成形不同形状的零件，减少了模具制造成本。多点对压成形加载速度快，加工余量少，操作简单，生产效率高，但是对压成形会导致材料表面出现压痕，并且容易在板材局部产生切向压应力而起皱。多点拉伸成形不但可以控制变形路径、提高成形极限，而且还能减小回弹、不产生压痕，但仅适用于成形单凸曲面，当成形形状复杂曲率变化大的零件时，存在无法贴模，变形不均等问题而引起破裂、起皱以及滑移线、粗晶等缺陷。因此，当需要成形复杂的零件时，冲压和拉伸这样的单一加载方式很难控制板料的塑性流动而无法满足质量要求。多点拉压成形可以实现拉压复合位移加载的方式进行复杂曲面塑性成形。复合加载成形方式不仅可以通过拉伸作用使板料发生充足的塑性变形，以减小回弹，同时还可以压紧材料使板材与模具完全贴合以改善材料流动，抑制板料起皱，提高成形极限。在实际生产中，需要提供一种可以实现复合加载且可以提供较大成形力的装置以满足复杂曲面的快速低成本生产。

发明内容

本发明公开了一种多功能液压复合加载成形装置，旨在满足飞机蒙皮等曲面厚度大，形状复杂，曲率变化大，生产批量小的生产需求，提供一种快速柔性、使用范围广的复合加载液压成形机。该装置可以实现拉伸对压复合加载成形，用于成形S型零件。必要时也可以简化为无压边对压成形、有压边对压成形、拉伸成形等多种加载方式。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种多功能液压复合加载成形装置，包括一个矩形框架结构的一体式框架液压机，一体式框架液压机内设置有沿竖直方向起导向作用的由液压机驱动的液压导向装置，一体式框架液压机底部固定有沿左右方向水平设置的矩形框架结构的拉伸机架，一体式框架液压机底部中心处位于拉伸机架上方的位置设置一个由上顶液压油缸驱动的在导向装置上沿竖直方向上下运动以实现上顶加载的下工作平台，下工作平台上设置有一个多点下模具；下工作平台正上方设置有一个由下压液压油缸驱动的在导向装置上沿竖直方向上下运动以实现下压加载的上移动横梁，上移动横梁下方设置有一个多点上模具，多点下模具和多点上模具均是由m×n个紧密排列成矩阵形式的方形圆头立柱组成的由数控***控制每个立柱高度以调节模具形状的可重构多点模具，其中m大于等于30，n 大于等于30；

下工作平台两侧设置有结构相同且对称设置的拉伸臂，拉伸臂包括两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料水平方向移动的水平拉伸液压油缸、两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料竖直方向移动的垂直拉伸液压油缸和一个由多个夹料液压缸控制夹持力度的夹料钳，两个水平拉伸液压油缸的套筒与拉伸机架上方的拉伸机架上横梁铰接，两个垂直拉伸液压油缸的套筒与拉伸机架下方的拉伸机架下横梁铰接，同侧的水平拉伸液压油缸的拉力杆与垂直拉伸液压油缸的拉力杆均通过铰接圆柱销与夹料钳铰接。

进一步的技术方案包括：

夹料钳9包括一个夹料架17，夹料架17具有条形槽结构的钳口，钳口中有固定设置的下夹料块19，下夹料块19上方有可上下移动的上夹料块18，钳口上方设置有通槽，上夹料块18上方间隔均匀地固定连接有多个嵌入钳口上方通槽的夹料液压缸12可对上夹料块18施加不同压强的压力。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明公开的一种多功能液压复合加载成形装置，相比于传统的单一功能成形装置，可同时实现对压、拉伸、拉压成形。特别是在拉压成形过程中，可以由伺服液压机控制加载过程中位移、速度和拉力，以成形S型零件。该装置同时配有多点上模具和多点下模具，拉压成形时上下模具合模，可以使板材更好地贴模，使成形件的应力，应变分布更均匀，有效控制复杂空间曲面零件的起皱现象。多点模具由数控***进行调形，并配有与工作台高度一致的可移动导轨，易于装配、操作和维修，能够很好地实现板材的柔性成形，并且还可使用一套多点模具成形不同形状的零件，减少了模具的制造成本，非常适用于单件小批生产。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置的主视图。

图3是本发明中的夹料钳的剖面图。

图4是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行无压边对压成形的原理示意图。

图5是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行压边对压成形过程中的初始状态的示意图。

图6是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行压边对压成形过程中的最终成形状态的示意图。

图7是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行拉伸成形过程中的初始状态的示意图。

图8是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行拉伸成形过程中的拉伸状态的示意图。

图9是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行拉伸成形过程中的最终成形状态的示意图。

图10是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行复合加载成形S型零件过程中的初始状态的示意图。

图11是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行复合加载成形S型零件过程中的复合加载成形状态的示意图。

图12是使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行复合加载成形S型零件过程中的最终成形状态的示意图。

图中：1.拉伸机架下横梁，2.多点上模具，3.多点下模具，4.上移动横梁， 5.下工作平台，6.可移动工作导轨，7.一体式框架液压机，8.导向装置，9.夹料钳， 10.拉伸臂，11.拉伸机架，12.夹料液压油缸，13.水平拉伸液压油缸，14.垂直拉伸液压油缸，15.下压液压油缸，16.上顶液压油缸，17.夹料架，18.上夹料块， 19.下夹料块，20.拉伸机架上横梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种多功能液压复合加载成形装置，如图1和图2所示，包括一个矩形框架结构的一体式框架液压机7，一体式框架液压机7内设置有沿竖直方向起导向作用的由液压机驱动的液压导向装置8，一体式框架液压机7底部固定有沿左右方向水平设置的矩形框架结构的拉伸机架11，一体式框架液压机7底部中心处位于拉伸机架11上方的位置设置一个由上顶液压油缸16驱动的在导向装置8上沿竖直方向上下运动以实现上顶加载的下工作平台5，下工作平台 5上设置有一个多点下模具3；下工作平台5正上方设置有一个由下压液压油缸 15驱动的在导向装置8上沿竖直方向上下运动以实现下压加载的上移动横梁4，上移动横梁4下方设置有一个多点上模具2，多点下模具3和多点上模具2均是由m×n个紧密排列成矩阵形式的方形圆头立柱组成的由数控***控制每个立柱高度以调节模具形状的可重构多点模具，其中m大于等于30，n大于等于30；多点上模具2和多点下模具3可以由数控***在成形之前调形以适应目标形状，也可以由数控***在成形过程中对未与板材接触的冲头(方形圆头立柱)进行调形来改变形状，主动控制变形路径,该功能使本装置可以在不更换模具的情况下，实现不同几何形状曲面零件的快速成形

下工作平台5两侧设置有结构相同且对称设置的拉伸臂10，拉伸臂10包括两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料水平方向移动的水平拉伸液压油缸 13、两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料竖直方向移动的垂直拉伸液压油缸14和一个由多个夹料液压缸12控制夹持力度的夹料钳9，两个水平拉伸液压油缸13的套筒与拉伸机架11上方的拉伸机架上横梁20铰接，两个垂直拉伸液压油缸14的套筒与拉伸机架11下方的拉伸机架下横梁1铰接，同侧的水平拉伸液压油缸13的拉力杆与垂直拉伸液压油缸14的拉力杆均通过铰接圆柱销与夹料钳9铰接。

如图3所示，夹料钳9包括一个夹料架17，夹料架17具有条形槽结构的钳口，钳口中有固定设置的下夹料块19，下夹料块19上方有可上下移动的上夹料块18，钳口上设置有通槽，上夹料块18上方间隔均匀地固定连接有多个嵌入钳口上方通槽的夹料液压缸12可对上夹料块18施加不同压强的压力。在外部的液压工作站的驱动下，水平拉伸液压油缸13和垂直拉伸液压油缸14协调同步动作，驱动夹料钳9实现左右运动、水平运动、上下运动和小角度摆动，水平拉伸液压油缸13和垂直拉伸液压油缸14不同步协调动作，驱动夹料钳9实现左右摆动、上下摆动，从而控制复杂的拉伸路径；夹料液压缸12通过压强控制夹料钳9夹料的压力，实现夹料的功能。

拉伸臂10在上顶液压油缸16和下压液压油缸15进行对压成形的过程中，夹料液压缸12控制夹料钳9夹住板料，并使左右两侧的拉伸臂10的两个水平拉伸液压油缸13和两个垂直拉伸液压油缸14保持不动，可以作为压边装置，实现带压边薄板对压成形。

拉伸臂10在下压液压油缸15保持不动、上顶液压油缸16驱动多点下模具 3上顶的过程中，左右两侧的拉伸臂10的两个水平拉伸液压油缸13和两个垂直拉伸液压油缸14的拉力杆伸缩、套筒绕铰接点转动，可以使拉伸力与上顶力优化配合，控制变形路径，实现蒙皮上顶与拉伸复合加载成形；

在下压液压油缸15和上顶液压油缸16同时驱动，多点下模具3上顶，多点上模具2下压的加载过程中，左右两侧拉伸臂11的两个水平拉伸液压油缸13 和两个垂直拉伸液压油缸14的拉力杆伸缩、套筒绕铰接点转动，可以实现薄板的拉压复合加载成形；

下工作平台5的外侧配有可移动工作导轨6，多点下模具3可在所述可移动工作导轨6上水平运动到下工作平台5上,便于多点上模具2和多点下模具3的装配。

本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置的工作原理和工作过程如下：

本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置，采用液压传动方式使多点模具和拉伸装置在复合加载过程中适应板料的曲率变化。在板材的拉伸成形过程中，可以使材料受力更均匀且变形更均匀。在成形诸如S型零件这样的复杂三维曲面时，上下多点模具可以进行相对运动促使板料与模具更好地贴合。这样可使拉力与压力相互协调以使板材的塑性流动更均匀从而适应复杂形状零件的成形。

下面举例来说明本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置的工作流程。

如图4所示为使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行无压边对压成形的原理示意图，首先将驱动上移动横梁4和多点上模具2的下压液压油缸15以及驱动多点下工作平台5和多点下模具3的上顶液压油缸16全部缩回，使上移动横梁4和下工作平台5分别移动到上下死点。然后操作控制多点上模具2和多点下模具3调形的数控***对多点上模具2和多点下模具3 进行调形，使多点上模具2和多点下模具3适应所要成形的目标形状(此过程在其他成形过程中不在累述)。接着将板料放到多点下模具3上，并做好相应的约束。在此之后，外部的液压工作站开始向下压液压油缸15输送液压油,此时下压液压油缸15开始伸长以带动上移动横梁4向下运动。当多点上模具2和多点下模具3完成合模后，即可完成对板料的成形并得到目标形状的零件。

如图5和图6所示为使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行有压边对压成形的原理示意图，在多点上模具2和多点下模具3调形完成后，将板料放到多点下模具3上，同时让外部的液压工作站向拉伸臂10输送液压油，控制拉伸臂10中的水平拉伸液压油缸13的伸缩量并绕铰接点转动以调整夹料钳9的水平位移及垂直拉伸液压油缸14的伸缩量并绕铰接点转动以调整夹料钳9的垂直位移。然后使用夹料钳9的钳口的夹料液压油缸12输送液压油促使夹料钳9的钳口的上夹料块18和下夹料块19加紧板材边缘并保持不动。接着，外部的液压工作站开始向下压液压油缸15输送液压油，促使下压液压油缸15开始伸长以带动上移动横梁4向下运动。当多点上模具2和多点下模具3 完成合模后，即可完成对板料的成形并得到目标形状的零件。

如图7至图9所示为使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行拉伸成形的原理示意图，在多点上模具2和多点下模具3调形完成后，将板料放到多点下模具3上，同时让外部的液压工作站向拉伸臂10的垂直拉伸液压油缸14和水平拉伸液压油缸13输送液压油，控制夹料钳9的位置。然后向夹料钳9的钳口的夹料液压缸12输送液压油，使夹料钳9的钳口夹紧板材的边缘。再启动液压工作站向上顶液压油缸16输送液压油，使上顶液压油缸16伸长促使下工作平台5开始向上运动。当多点下模具3与板材接触后，即可将板材锁死。此时液压站继续向拉伸臂10输送液压油使拉伸臂10的各个液压油缸的拉力杆缩回，同时对应的液压油缸的套筒绕铰接点转动而开始向下和外侧运动，当拉伸臂10向下达到最大的位移后，多点下模具3再次向上运动直到板料达到目标形状后，成形过程结束。

如图10至图12所示为使用本发明提供的一种多功能液压复合加载成形装置进行复合加载成形S型零件的示意图，在多点上模具2和多点下模具3调形完成后，控制夹料钳9上的夹料液压缸12使夹料钳9夹住板材，并通过液压站向拉伸臂10的各个液压油缸内开始注入液压油以控制夹料钳9位置，对板材施加预紧拉力。接下来开始对板材进行复合加载，以成形S型复杂曲面拉伸件为例，首先对板材进行预拉伸并使板材与多点下模具3进行接触(如图10所示)，此时多点下模具3对板材仅有一个微小的上顶力。然后多点上模具2和多点下模具3进行相对运动，如图先对中部进行弯曲，此时两侧的夹料钳9应适当控制好拉力以使板材在复合加载过程中有较稳定、均匀的塑性流动(如图11所示)；最后，两侧的拉伸臂10通过合理的位移开始对两侧进行拉伸弯曲，弯曲过程中，多点上模具2和多点下模具3进行适当调形以适应目标形状。当多点上模具2 和多点下模具3合模完成以后，即可完成S型曲面的成形(如图12所示)。

Claims (2)

1.一种多功能液压复合加载成形装置，包括一个矩形框架结构的一体式框架液压机(7)，一体式框架液压机(7)内设置有沿竖直方向起导向作用的由液压机驱动的液压导向装置(8)，其特征在于，一体式框架液压机(7)底部固定有沿左右方向水平设置的矩形框架结构的拉伸机架(11)，一体式框架液压机(7)底部中心处位于拉伸机架(11)上方的位置设置一个由上顶液压油缸(16)驱动的在导向装置(8)上沿竖直方向上下运动以实现上顶加载的下工作平台(5)，下工作平台(5)上设置有一个多点下模具(3)；下工作平台(5)正上方设置有一个由下压液压油缸(15)驱动的在导向装置(8)上沿竖直方向上下运动以实现下压加载的上移动横梁(4)，上移动横梁(4)下方设置有一个多点上模具(2)，多点下模具(3)和多点上模具(2)均是由m×n个紧密排列成矩阵形式的方形圆头立柱组成的由数控***控制每个立柱高度以调节模具形状的可重构多点模具，其中m大于等于30，n大于等于30；

下工作平台(5)两侧设置有结构相同且对称设置的拉伸臂(10)，拉伸臂(10)包括两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料水平方向移动的水平拉伸液压油缸(13)、两个沿前后方向间隔且对称设置的控制板料竖直方向移动的垂直拉伸液压油缸(14)和一个由多个夹料液压缸(12)控制夹持力度的夹料钳(9)，两个水平拉伸液压油缸(13)的套筒与拉伸机架(11)上方的拉伸机架上横梁(20)铰接，两个垂直拉伸液压油缸(14)的套筒与拉伸机架(11)下方的拉伸机架下横梁(1)铰接，同侧的水平拉伸液压油缸(13)的拉力杆与垂直拉伸液压油缸(14)的拉力杆均通过铰接圆柱销与夹料钳(9)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能液压复合加载成形装置，其特征在于，夹料钳(9)包括一个夹料架(17)，夹料架(17)具有条形槽结构的钳口，钳口中有固定设置的下夹料块(19)，下夹料块(19)上方有可上下移动的上夹料块(18)，钳口上方设置有通槽，上夹料块(18)上方间隔均匀地固定连接有多个嵌入钳口上方通槽的夹料液压缸(12)可对上夹料块(18)施加不同压强的压力。

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