專利名稱：板材拉形機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
板材拉形機(jī)是用于板類件三維曲面成形的塑性加工設(shè)備，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。
技術(shù)背景-
拉形機(jī)是使板材產(chǎn)生拉伸變形的設(shè)備，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域中雙曲率蒙皮零件的 成形。傳統(tǒng)的拉形機(jī)一般分為橫向拉形機(jī)和縱向拉形機(jī)。拉形時(shí)在板材的內(nèi)外層沿著拉伸 方向產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，從而減少工件的回彈量。傳統(tǒng)拉形機(jī)的夾鉗夾持板材后在拉形 模的配合下使板材的各個(gè)部分沿縱向基本同步拉伸，在成形雙曲率蒙皮件時(shí)零件的拉應(yīng)力 和拉應(yīng)變分布明顯不均勻，易產(chǎn)生不貼模、拉裂或起皺等成形缺陷。為了消除缺陷，拉形 用坯料往往需要較大的工藝余量，使材料的利用率降低。另外，目前常用的拉形機(jī)采用了 多軸液壓伺服控制系統(tǒng)，導(dǎo)致其制造費(fèi)用昂貴
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的在于拉形時(shí)使板材的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布更加均勻，實(shí)現(xiàn)大曲率三維曲 面件的拉形，提高拉形件的成形質(zhì)量，提高材料利用率，并降低拉形機(jī)的制造成本。 本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合


如下
一種板材拉形機(jī)，主要由機(jī)架l、拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)3組成，所述的拉料機(jī)構(gòu)和夾 料機(jī)構(gòu)3采用多個(gè)組成一排分別排列在機(jī)架1左右兩側(cè)；所述的拉料機(jī)構(gòu)由2~3個(gè)液壓缸 2組成，液壓缸2的一端分別與機(jī)架1活動(dòng)聯(lián)接，另一端共同與夾料機(jī)構(gòu)3活動(dòng)聯(lián)接。
所述的拉料機(jī)構(gòu)由三個(gè)液壓缸2組成，其中， 一個(gè)液壓缸2水平布置， 一個(gè)液壓缸2 豎直布置，另外一個(gè)液壓缸2傾斜布置。
所述的拉料機(jī)構(gòu)由兩個(gè)液壓缸2組成，其中， 一個(gè)液壓缸2豎直布置，另外一個(gè)液壓 缸2傾斜布置或水平布置。
所述的液壓缸2—端分別與機(jī)架1的活動(dòng)連接方式以及另一端共同與夾料機(jī)構(gòu)3的活 動(dòng)連接方式采用鉸接或萬向節(jié)聯(lián)接。
所述的夾料機(jī)構(gòu)3主要由與拉料機(jī)構(gòu)的液壓缸連接的支架10、裝在支架10上的夾料 板11和對夾料板11施力的小行程單動(dòng)液壓缸12組成，所述的小行程單動(dòng)液壓缸12通過 彈性元件彈力回程。
所述的彈性元件采用螺旋彈簧或聚氨酯橡膠。所述的夾料板11采用板料流動(dòng)式結(jié)構(gòu)或咬緊板料式結(jié)構(gòu)。
所述的多個(gè)排列在機(jī)架1左右兩側(cè)的夾料機(jī)構(gòu)3，分別通過裝在液壓缸2與夾料機(jī)構(gòu) 3聯(lián)接處的鋼絲軟軸13串聯(lián)在一起。
所述的機(jī)架1左側(cè)一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)與機(jī)架1右側(cè)一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾 料機(jī)構(gòu)之間的距離可調(diào)。
本發(fā)明的板材拉形機(jī)，主要由機(jī)架1以及機(jī)架1左右兩側(cè)各一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料 機(jī)構(gòu)3組成。拉料機(jī)構(gòu)由三個(gè)液壓缸2相互鉸接組成，其中， 一個(gè)水平布置， 一個(gè)豎直布 置，另外一個(gè)傾斜布置；因此，左右兩側(cè)各一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)分別由一排多個(gè)水平布置的 液壓缸2、 一排多個(gè)豎直布置的液壓缸2以及一排多個(gè)傾斜布置的液壓缸2組成。液壓缸 2的一端分別與機(jī)架1鉸接或萬向節(jié)聯(lián)接，另外一端共同與夾料機(jī)構(gòu)3鉸接或萬向節(jié)聯(lián)接。 通過設(shè)置不同的液壓力，可以調(diào)整各個(gè)液壓缸2的行程，還可以調(diào)整與夾料機(jī)構(gòu)3鉸接處 的液壓缸2之間的夾角，從而改變夾料機(jī)構(gòu)3的位置及拉形方向。為了簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 液壓缸2的液壓力與動(dòng)作可以分組控制;水平布置的所有液壓缸2可以用一個(gè)電磁閥控制， 也可以分為左右兩組，各用一個(gè)電磁閥控制；豎直布置的所有液壓缸2及傾斜布置的所有 液壓缸2同樣可以分別分為一組或兩組控制。拉形時(shí)，使用全部或若干個(gè)夾料機(jī)構(gòu)3夾持 住板材4，并通過相對應(yīng)的拉料機(jī)構(gòu)在拉形模具5的配合下拉伸成形板材4。在拉形時(shí)， 通過調(diào)整液壓缸2的液壓力，可以獲得最佳拉伸位置和角度。雖然在同一方向作用的液壓 缸2中液壓力相同，但由于模具5的橫向截面形狀不同，利用最小阻力定律，各個(gè)夾料機(jī) 構(gòu)3沿拉伸方向產(chǎn)生不同的位移量，同時(shí)各個(gè)拉料機(jī)構(gòu)的拉伸角度也會(huì)產(chǎn)生一定的變化， 從而使拉形件的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變的分布更加均勻。拉料機(jī)構(gòu)也可以由兩個(gè)液壓缸2組成， 一個(gè)豎直布置，另一個(gè)傾斜布置或水平布置。
技術(shù)效果本發(fā)明的板材拉形機(jī)，與傳統(tǒng)拉形機(jī)相比，通過水平、豎直和傾斜布置的 三排液壓缸的相互作用，使施加在板材上的載荷路徑更加合理，使拉形件的拉應(yīng)力和拉應(yīng) 變的分布更加均勻，提高拉形件的成形質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)大曲率曲面的拉形，減少拉形件的工藝 余量，提高材料利用率。該機(jī)摒棄了傳統(tǒng)拉形機(jī)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低 廉的液壓系統(tǒng)來柔性控制板材的變形，從而使拉形機(jī)的制造成本顯著降低。

圖l是拉形機(jī)的示意圖，其中 圖l(a)是主視圖； 圖l(b)是俯視圖。
圖2是與豎直拉形模配合使用的拉形狀態(tài)示意圖。 圖3是與平緩拉形模配合使用的拉形狀態(tài)示意圖。
圖4是左右兩側(cè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)之間距離可以調(diào)整的拉形機(jī)示意圖。圖5是液壓缸與機(jī)架鉸接的示意圖，其中 圖5(a)是主視圖5(b)是主視圖的A-A截面視圖。
圖6是液壓缸與機(jī)架萬向節(jié)聯(lián)接示意圖，其中
圖6(a)是主視圖6(b)是主視圖的A-A截面視圖。
圖7是采用螺紋聯(lián)接的液壓缸與機(jī)架鉸接的示意圖。
圖8是液壓缸和夾料機(jī)構(gòu)鉸接的示意圖，其中
圖8(a)是主視圖8(b)是主視圖的A-A截面視圖。
圖9是液壓缸與夾料機(jī)構(gòu)萬向節(jié)聯(lián)接示意圖，其中
圖9(a)是主視圖9(b)是主視圖的A-A截面視圖。
圖IO是夾料機(jī)構(gòu)示意圖，其中
圖10(a)是主視圖iooo是主視圖的右視圖。
圖11是板料流動(dòng)式夾料板的示意圖。
圖12是咬緊板料式夾料板的三維圖。
圖13是在液壓缸和夾料機(jī)構(gòu)鉸接處穿裝軟軸的示意圖。
其中1.機(jī)架，2.液壓缸，3.夾料機(jī)構(gòu)，4.板材，5.模具，6.模具支架，7.支撐座， 8.銷軸，9.萬向接頭，10.支架，11.夾料板，12.小行程單動(dòng)液壓缸，13.鋼絲軟軸，14. 緊定螺釘，15.軟軸卡頭
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容和工作過程。 圖1是拉形機(jī)的示意圖，主要由機(jī)架1以及機(jī)架1左右兩側(cè)各一排五個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾 料機(jī)構(gòu)3組成。拉料機(jī)構(gòu)由三個(gè)液壓缸2組成， 一個(gè)水平布置， 一個(gè)豎直布置，另外一個(gè) 傾斜布置。液壓缸2的一端分別與機(jī)架1鉸接，另一端共同與夾料機(jī)構(gòu)3鉸接。通過改變 液壓缸2的液壓力，可以改變液壓缸2的行程，也可以改變液壓缸2相互之間的夾角，從 而改變夾料機(jī)構(gòu)3的位置及拉形方向。水平、豎直或傾斜的液壓缸2的液壓力可以按排為 單位進(jìn)行控制。在拉形時(shí)，通過控制液壓缸2中液壓力的大小來控制各個(gè)夾料機(jī)構(gòu)3的位 置及拉形方向，從而使板材4獲得最佳拉伸位置與角度。圖2是與豎直拉形模配合使用的 拉形狀態(tài)示意圖。首先，通過水平布置的一排液壓缸2對板材4施加拉力進(jìn)行預(yù)拉伸；其 次，通過豎直布置或傾斜布置的液壓缸2使板材4逐漸貼模，并在模具5的配合下拉伸成形；最后，通過豎直布置的液壓缸2對板材4施加拉力實(shí)現(xiàn)板材4的豎直拉形。圖3是與 平緩拉形模配合使用的拉形狀態(tài)示意圖。首先，通過水平布置的一排液壓缸2對板材4施 加拉力進(jìn)行預(yù)拉伸；其次，通過水平布置和傾斜布置的兩排液壓缸2使板材4逐漸貼模并 實(shí)現(xiàn)板材4的成形。針對各種不同曲率與不同寬度的模具5，可以通過對液壓缸2行程適 當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)與控制來實(shí)現(xiàn)板材4的預(yù)拉伸以及最終成形。圖4是左右兩側(cè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī) 構(gòu)之間距離可以調(diào)整的拉形機(jī)示意圖，這種結(jié)構(gòu)的拉形機(jī)可以與尺寸變化很大的模具5配 合使用。距離調(diào)整后，可以使用由液壓缸或緊固件構(gòu)成的自鎖機(jī)構(gòu)鎖住拉料機(jī)構(gòu)的框架。
圖5是液壓缸與機(jī)架鉸接的示意圖，支撐座7與機(jī)架1通過螺釘聯(lián)接，支撐座7通過 銷軸8與液壓缸2聯(lián)接在一起，這樣使得液壓缸2獲得一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖6是液壓 缸與機(jī)架萬向節(jié)聯(lián)接示意圖，在拉形時(shí)，有時(shí)需要夾料機(jī)構(gòu)3沿板材4橫向產(chǎn)生少量的位 移，這就需要液壓缸2具有兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在圖6中，支撐座7與機(jī)架1通過螺 釘聯(lián)接，支撐座7通過銷軸8聯(lián)接萬向接頭9，萬向接頭9再通過另一個(gè)銷軸8聯(lián)接液壓 缸2，這樣通過兩處鉸接來使液壓缸2具有兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖7是采用螺紋聯(lián)接 的液壓缸與機(jī)架鉸接的示意圖，支撐座7與機(jī)架1上相應(yīng)的螺紋孔聯(lián)接，支撐座7通過銷 軸8與液壓缸2聯(lián)接在一起，這樣使得液壓缸2獲得一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。也可以采用帶 螺紋的支撐座7來實(shí)現(xiàn)液壓缸2與機(jī)架1的萬向節(jié)聯(lián)接。圖8是液壓缸和夾料機(jī)構(gòu)鉸接的 示意圖，三個(gè)液壓缸2通過銷軸8共同聯(lián)接在夾料機(jī)構(gòu)3上，這樣可以使夾料機(jī)構(gòu)3在與 液壓缸2的聯(lián)接位置具有一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖9是液壓缸與夾料機(jī)構(gòu)的萬向節(jié)聯(lián)接 示意圖，液壓缸2通過銷軸8聯(lián)接萬向接頭9，萬向接頭9再通過另一個(gè)銷軸8聯(lián)接夾料 機(jī)構(gòu)3。在拉形時(shí)，為了使夾料機(jī)構(gòu)3在板材4的橫向有少量位移，也可以使夾料機(jī)構(gòu)3 在與液壓缸2聯(lián)接位置具有兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；這一 目的可以通過圖9中的聯(lián)接方式 來實(shí)現(xiàn)。也可以在液壓缸2與機(jī)架1的聯(lián)接處以及液壓缸2與夾料機(jī)構(gòu)3的聯(lián)接處都采用 萬向節(jié)聯(lián)接方式。
圖10是夾料機(jī)構(gòu)示意圖，夾料機(jī)構(gòu)3主要由支架10、夾料板11和小行程單動(dòng)液壓缸 12組成。當(dāng)要加緊板材4時(shí)，通過小行程單動(dòng)液壓缸12推動(dòng)夾料板11，夾料板ll加緊板 材4。當(dāng)要松開板材時(shí)，釋放小行程單動(dòng)液壓缸12中的液壓油，通過螺旋彈簧或聚氨酯橡 膠等彈性元件使夾料板11恢復(fù)到原來的位置。圖ll是板料流動(dòng)式夾料板的示意圖，采用 這種形式可以使板料在夾料板ll內(nèi)流動(dòng)，從而有效的防止板材4拉裂。圖12是咬緊板料 式夾料板的三維圖，采用這種形式可以咬緊板料，在拉形過程中，板料不能在夾料板12 內(nèi)流動(dòng)。圖13是在液壓缸和夾料機(jī)構(gòu)鉸接處穿裝鋼絲軟軸的示意圖，在銷軸8的中心加 工直徑大于鋼絲軟軸13直徑的通孔用來穿裝鋼絲軟軸13，并在鋼絲軟軸13的兩端通過緊 定螺釘14安裝軟軸卡頭15來限制鋼絲軟軸13的串動(dòng)。通過穿裝鋼絲軟軸13可以實(shí)現(xiàn)各 個(gè)夾料機(jī)構(gòu)3位移的基本同步。
下面舉例來說明拉形機(jī)的工作過程。首先，根據(jù)模具的大小和所要成形板材的大小通過液壓力來控制各個(gè)夾料機(jī)構(gòu)的初始位置以便夾持板材，并根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)拉伸；然后， 按排為單位來控制水平布置的一排液壓缸、豎直布置的一排液壓缸或傾斜布置的一排液壓 缸中的液壓力，從而控制各個(gè)夾料機(jī)構(gòu)的位置與拉伸方向，以便使板材獲得最佳的拉伸方 向與拉伸量。在拉形過程中，雖然每排液壓缸中的液壓力相同，但由于模具橫向截面形狀 的不同，可以使板材獲得最佳拉伸方向與拉伸量，從而使板材的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布更加 均勻。
本發(fā)明的拉形機(jī)摒棄了傳統(tǒng)拉形機(jī)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使拉 形件的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布更加均勻，實(shí)現(xiàn)大曲率曲面件的拉形，提高拉形件的質(zhì)量，提 高材料的利用率，并降低拉形機(jī)的制造成本。
權(quán)利要求
1、一種板材拉形機(jī)，主要由機(jī)架(1)、左右兩側(cè)各一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)(3)組成，其特征在于，所述的拉料機(jī)構(gòu)由2～3個(gè)液壓缸(2)組成，液壓缸(2)的一端分別與機(jī)架(1)活動(dòng)聯(lián)接，另一端共同與夾料機(jī)構(gòu)(3)活動(dòng)聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的拉料機(jī)構(gòu)由三個(gè)液壓缸 (2)組成，其中， 一個(gè)液壓缸(2)水平布置， 一個(gè)液壓缸(2)豎直布置，另外一個(gè)液壓缸(2)傾斜布置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的拉料機(jī)構(gòu)由兩個(gè)液壓缸 (2)組成，其中， 一個(gè)液壓缸(2)豎直布置，另外一個(gè)液壓缸(2)傾斜布置或水平布置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的液壓缸(2)與 機(jī)架(1)的活動(dòng)連接方式或與夾料機(jī)構(gòu)(3)的活動(dòng)連接方式采用鉸接或萬向節(jié)聯(lián)接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的夾料機(jī)構(gòu)(3)主要由與 拉料機(jī)構(gòu)的液壓缸連接的支架(10)、裝在支架(10)上的夾料板(11)和對夾料板(11) 施力的小行程單動(dòng)液壓缸(12)組成，所述的小行程單動(dòng)液壓缸(12)通過彈性元件彈力 回程。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的彈性元件采用螺旋彈簧 或聚氨酯橡膠。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的夾料板(11)采用板料流 動(dòng)式結(jié)構(gòu)或咬緊板料式結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的多個(gè)排列在機(jī)架(1)左 右兩側(cè)的夾料機(jī)構(gòu)(3)，分別通過裝在液壓缸(2)與夾料機(jī)構(gòu)(3)聯(lián)接處的鋼絲軟軸(13) 串聯(lián)在一起。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材拉形機(jī)，其特征在于，所述的機(jī)架(1)左側(cè)一排多個(gè) 拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)與機(jī)架(1)右側(cè)一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)之間的距離可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明的板材拉形機(jī)涉及一種用于板類件三維曲面成形的塑性加工設(shè)備，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。其目的是使拉形件的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布趨于均勻，實(shí)現(xiàn)大曲率曲面件的拉形，提高拉形質(zhì)量，提高材料利用率，并降低拉形裝置的制造成本。該機(jī)主要由機(jī)架(1)以及機(jī)架(1)左右兩側(cè)各一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)(3)組成；所述的拉料機(jī)構(gòu)由三個(gè)液壓缸(2)相互鉸接組成，其中一個(gè)水平布置，一個(gè)豎直布置，另外一個(gè)傾斜布置；所述的夾料機(jī)構(gòu)(3)主要由支架(10)、夾料板(11)和小行程單動(dòng)液壓缸(12)組成。
文檔編號B21D22/20GK101596563SQ20091006721
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者付文智, 馮朋曉, 劉純國, 崔相吉, 李明哲, 李湘吉, 蔡中義, 鄧玉山, 振 隋, 龔學(xué)鵬 申請人:吉林大學(xué)