开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具及翻孔工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及板料成形技术领域的装置和工艺，尤其是涉及一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具及翻孔工艺。
【背景技术】
[0002]翻孔是一种传统的板料成形工艺，主要用于零件的边部强化，去除切边以及在零件上制成与其他零件装配、连接的部位或具有复杂特异形状、合理空间的立体零件，同时提高零件的刚度，广泛应用于汽车、航空、航天、仪器、电子等工业部门。目前，翻孔一般采用传统的冲压工艺完成，这种方法需要相应的模具，在小批量零件以及单个零件的生产上存在时间和成本上的缺陷。
[0003]板料渐进成形是近年来兴起的板料加工技术，具有加工方式灵活、成形性能好以及柔性的特点。同时，渐进成形能够提高材料的成形性能且所需成形力也较小，能够减少成形设备的尺寸和吨位，在单件及小批量产品的生产上能够很好的替代诸如翻孔之类的传统冲压工艺° Cui 和 Gao 曾在((Studies on hole-flanging process using multistageincremental forming)) (ClRP Journal of Manufacturing Science and Technology)中采用三种不同的多步渐进成形策略对直壁圆孔翻边进行了研宄，证实了通过渐进成形工艺进行翻孔的可行性。但是，传统的渐进成形翻孔工艺仍然存在着一些问题，如传统渐进成形翻孔件需独立进行开孔与成形，成形件厚度减薄较大且分布不均匀等，其中最主要的问题就在于成形零件厚度的剧烈减薄以及厚度分布的控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服上述现有技术中的缺陷，解决传统渐进成形翻孔零件的厚度问题而提供一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具及翻孔工艺，可以得到厚度减薄量较小且分布较为均匀的零件。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，与数控机床主轴连接，包括连接杆和切削翻孔工具头，所述连接杆一端夹持于数控机床主轴上，另一端与切削翻孔工具头连接，所述切削翻孔工具头包括相连接的翻孔型面和切削铣刀，所述翻孔型面与连接杆连接；数控机床主轴通过连接杆带动切削翻孔工具头对板料进行开孔及翻边扩孔。
[0007]所述翻孔型面包括依次设置的圆弧曲面和圆柱面。
[0008]所述圆弧曲面与板料的翻边形状相匹配。
[0009]所述圆柱面的高度大于最终孔半径与预制孔半径之差。
[0010]所述切削铣刀为球头立式铣刀。
[0011]一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工艺，包括以下步骤:
[0012]I)根据需要切削的预制孔的形状和大小，生成切削铣刀运动的第一工具运动轨迹;
[0013]2)根据翻孔件的形状和大小，生成翻孔型面运动的第二工具运动轨迹；
[0014]3)固定板料并压边；
[0015]4)启动数控机床，按第一工具运动轨迹控制切削铣刀在板料上切削预制孔；
[0016]5)数控机床主轴带动所述渐进成形翻孔工具下移定位，使翻孔型面紧靠板料，按第二工具运动轨迹控制翻孔型面完成翻孔加工；
[0017]6)成形完成，数控机床主轴带动所述渐进成形翻孔工具上移，取下板料。
[0018]所述第二工具运动轨迹为在X-Y平面内逐渐扩大的同心圆运动轨迹。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0020](I)本发明设计同时包含翻孔型面和切削铣刀的切削翻孔工具头，其翻孔型面的圆弧曲面与板料的翻边形状相匹配，可以成形减薄量较小且厚度分布均匀的翻孔零件，避免了传统渐进成形翻孔工艺中板料的过度减薄，从而提高零件结构的刚度。
[0021](2)本发明翻边工具的切削翻孔工具头包括翻孔型面和切削铣刀两个部分，可一次性完成板料的开孔及翻边扩孔，减少了传统渐进成形翻孔中所需道具的数量以及换刀工序，提高了加工效率。
[0022](3)本发明采用X-Y平面内的同心圆运动轨迹进行翻孔加工，仅需二轴联动机床即可实现所述扩孔工艺，无需渐进成形扩孔所需的数控三轴联动机床，也无需传统冲压扩孔所需的压机与模具，设备成本较低。
【附图说明】
[0023]图1为本发明翻边工具的结构示意图；
[0024]图2为本发明翻边工艺的流程示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]如图1所示，本实施例提供一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，与数控机床主轴连接，包括连接杆I和切削翻孔工具头，连接杆I 一端夹持于数控机床主轴上，另一端与切削翻孔工具头连接，切削翻孔工具头包括相连接的翻孔型面2和切削铣刀3，翻孔型面2与连接杆I连接。数控机床主轴通过连接杆I带动切削翻孔工具头一次性完成板料的开孔及翻边扩孔，无需进行工具更换。
[0027]翻孔型面2包括依次设置的圆弧曲面和圆柱面，圆弧曲面与板料的翻边形状相匹配，圆柱面具有一定高度，其高度大于最终孔半径与预制孔半径之差。切削铣刀3为球头立式铣刀。
[0028]如图2所示，采用上述开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具实现的翻孔工艺包括以下步骤:
[0029]I)根据需要切削的预制孔的形状和大小，生成切削铣刀3运动的第一工具运动轨迹5 ；
[0030]2)根据翻孔件的形状和大小，生成翻孔型面2运动的第二工具运动轨迹8，第二工具运动轨迹不同于传统渐进成形，是在X-Y平面内逐渐扩大的同心圆运动轨迹；
[0031]3)将板料6固定于数控渐进成形机床的工作台7并压边；
[0032]4)首先将所述渐进成形翻孔工具4的连接杆I夹持于渐进数控机床主轴末端，设置合适的工具进给速率，启动数控机床，按第一工具运动轨迹控制切削铣刀3在板料6上切削预制孔如图2的(a)所示；
[0033]5)数控机床主轴带动渐进成形翻孔工具下移定位，使翻孔型面2紧靠板料6，按第二工具运动轨迹控制翻孔型面2完成翻孔加工，如图2的(b)、(c)所示；
[0034]6)成形完成，数控机床主轴带动所述渐进成形翻孔工具上移，取下板料6。
【主权项】
1.一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，与数控机床主轴连接，其特征在于，包括连接杆(I)和切削翻孔工具头，所述连接杆(I) 一端夹持于数控机床主轴上，另一端与切削翻孔工具头连接，所述切削翻孔工具头包括相连接的翻孔型面(2)和切削铣刀(3)，所述翻孔型面(2)与连接杆(I)连接；数控机床主轴通过连接杆(I)带动切削翻孔工具头对板料进行开孔及翻边扩孔。
2.根据权利要求1所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，其特征在于，所述翻孔型面(2)包括依次设置的圆弧曲面和圆柱面。
3.根据权利要求1所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，其特征在于，所述圆弧曲面与板料的翻边形状相匹配。
4.根据权利要求1所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，其特征在于，所述圆柱面的高度大于最终孔半径与预制孔半径之差。
5.根据权利要求1所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具，其特征在于，所述切削铣刀(3)为球头立式铣刀。
6.一种采用权利要求1-5任一所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具的翻孔工艺，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据需要切削的预制孔的形状和大小，生成切削铣刀(3)运动的第一工具运动轨迹； 2)根据翻孔件的形状和大小，生成翻孔型面(2)运动的第二工具运动轨迹； 3)固定板料并压边； 4)启动数控机床，按第一工具运动轨迹控制切削铣刀(3)在板料上切削预制孔； 5)数控机床主轴带动所述渐进成形翻孔工具下移定位，使翻孔型面(2)紧靠板料，按第二工具运动轨迹控制翻孔型面(2)完成翻孔加工； 6)成形完成，数控机床主轴带动所述渐进成形翻孔工具上移，取下板料。
7.根据权利要求6所述的开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工艺，其特征在于，所述第二工具运动轨迹为在X-Y平面内逐渐扩大的同心圆运动轨迹。
【专利摘要】本发明涉及一种开孔扩孔一体化的渐进成形翻孔工具及翻边工艺，其中，翻孔工具包括连接杆和切削翻孔工具头，所述连接杆一端夹持于数控机床主轴上，另一端与切削翻孔工具头连接，所述切削翻孔工具头包括翻孔型面和切削铣刀，所述翻孔型面与连接杆连接；翻孔工艺为：利用工具上的铣刀进行预制孔加工；利用工具上的圆弧特征，在X-Y平面上按照逐渐扩大的同心圆运动轨迹对板料进行挤压，完成翻孔特征的加工。与现有技术相比，本发明能在不换刀的情况下完成切削及成形两步工序，减少了传统渐进成形翻孔中所需道具的数量以及换刀工序，提高了加工效率，可以成形减薄量较小且厚度分布均匀的翻孔零件，使翻孔成形件的厚度大大提高，分布更加均匀。
【IPC分类】B23P13-00, B23P23-04
【公开号】CN104816166
【申请号】CN201510167803
【发明人】陆彬, 冯苏乐, 陈军, 曹婷婷, 张小龙, 李中权
【申请人】上海交通大学, 上海航天精密机械研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月10日