一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置和成形方法与流程

本发明涉及单点渐进成形工艺领域，尤其是涉及一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置和成形方法。

背景技术：

随着产品需求的多样性和不断变换的市场需求，个性化、定制化和小批量的钣金件生产制造的应用日益广泛。传统的板料冲压成形由于模具成本高，开发与制造周期长，不适合于小批量生产和新产品的研发。板料渐进成形技术是一种高柔性的新型板料塑性成形技术，利用计算机控制一个刚性的具有一定圆角半径的工具头，沿着设定的加工轨迹运动，使板料逐渐产生局部的塑性变形，累积变形后可以得到所需的钣金件产品形状。该方法无需专用的成形模具和压力机设备，高效低成本，适用于小批量、个性化产品设计和新产品的研发等。

目前的单点渐进成形工艺存在以下问题：

1、现有的夹具装置一般是将板料的边缘直接通过上下压板进行夹持，而且夹持装置的尺寸固定，针对不同尺寸的零件需要配置相应尺寸的夹具非常不便。如中国实用新型cn207205078u公开了一种用于板料单点渐进成形的夹持装置，能够调节根据板料的尺寸进行大小的调整，但是，该装置仍然不支持形状不规则的板料。

2、当采用渐进成形方法制造具有复杂的凹凸特征或开放性特征的钣金件时，单点渐进成形工艺为了保证制造零件的精度，仍然需要在钣金件的下方设置一个辅助模座，如中国发明专利cn104384310b公开的一种带辅助底座的板料渐进成形方法所示，通过辅助模座提高钣金件成形的精度。但是，对于不同的钣金件往往需要与被成形特征形成一一对应关系的辅助模座和夹持装置，即需要一个与成形件配套的成形工装，现有的成形工装互换性差，容易造成闲置或弃用，造成资源浪费。

因此，设计一种板料渐进成形用柔性夹持装置和工装系统，对缩短渐进成形工艺的研制周期和钣金件的制造精度，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置和成形方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置，包括底板、多个夹持模块和多个可调支撑模块，夹持模块和可调支撑模块均和底板可拆卸式连接；所述的底板上设有矩阵布置的安装孔；所述的多个可调支撑模块通过安装孔固定在底板的上表面并且能够进行高度调节；所述的多个夹持模块通过安装孔固定在底板的上表面并且分布在可调支撑模块的外围，用于夹持板料。

进一步地，所述的可调支撑模块包括支撑柱和锁紧螺母，所述的支撑柱上设有螺纹，支撑柱穿过安装孔后通过锁紧螺母进行固定。

进一步地，所述的安装孔内上部为销孔，下部设有螺纹。

进一步地，所述的支撑柱顶端为球形结构。

进一步地，相邻两个支撑柱上的锁紧螺母一个设置在底板上方，另一个设置在底板下方交错设置。

进一步地，所述的夹持模块包括支撑座和压板，所述的支撑座底部通过螺栓连接底板，支撑座的顶端设有配合压板的夹持面，夹持面和压板配合夹持板料。

进一步地，所述的压板上设有咬合筋。

进一步地，所述的支撑座至少横跨两个底板上的安装孔。

一种如上所述的用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置的成形方法，具体步骤包括：

s1、分析钣金件的几何特征，设计板料渐进成形的多道次工艺补充面；

s2、分析钣金件的几何特征，设计板料渐进成形的多道次运动轨迹；

s3、根据渐进成形的运动轨迹，利用载荷预测算法，校核可调支撑模块的受力状态；

s4、根据受力状态，确定可调支撑模块布置的高度、位置和数量；

s5、根据钣金件的整体特征尺寸，确定通用底板中安装孔的使用范围；

s6、组装底板和可调支撑模块，并且在可调支撑模块的外圈布置夹持模块；

s7、安装板料的初始毛坯，利用压板压紧，开始进行多道次渐进成形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过底板和可拆卸式夹持模块以及可调支撑模块的设计，在需要时按照钣金件的几何特征进行积木式组合，用来满足板料渐进成形工艺的边界约束条件，适用于不同尺寸不同形状板料的夹持；同时，本发明通过可调节模块的布局设置适用于不同钣金件的辅助模座，提高加工的精度，特别可以满足加工具有复杂凹凸特征或开放性特征的钣金件。本发明解决了传统渐进成形的夹持工装设计互换性差、夹持系统重用性低的问题。

2、底板的安装孔内上部为销孔，下部设有螺纹，在支撑柱上有适宜长度的高精度柱面，通过安装孔上部的销孔，实现支撑柱的定位；设有螺纹，通过螺纹的配合使得支撑柱在底板上方的高度实现精确调节。

3、相邻两个支撑柱上的锁紧螺母在底板的上下交错设置，避免锁紧时发生互相干涉，便于装置的使用。

4、本发明节省了非通用型的辅助模座和板料夹持系统的制作时间，有效提高了渐进成形工艺开发效率与制造质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明使用状态的结构示意图。

附图标记：1、底板，11、安装孔，21、支撑柱，22、锁紧螺母，23、夹持面，31、支撑座，32、压板，4、钣金件。

具体实施方式

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。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于板料单点渐进成形的柔性夹持装置，包括底板1、多个夹持模块和多个可调支撑模块，夹持模块和可调支撑模块均和底板1可拆卸式连接。其中：

底板1上设有矩阵布置的安装孔11。底板1的厚度为一般为40-50mm。阵列布置的安装孔11的孔距为25mm或50mm的倍数，孔距的基数视底板1的尺寸大小定。孔上部为d6-d24mm的轴定位孔，公差带为h6，深度为5-10mm，孔下部为m6-m24的螺纹，深度为螺纹底径的2-3倍，孔径的基数根据底板1尺寸进行调整。

可调支撑模块包括支撑柱21和锁紧螺母22。支撑柱21上设有高精度柱面，支撑柱21穿过安装孔11后通过锁紧螺母22进行精确定位。支撑柱21上设有螺纹，支撑柱21穿过安装孔11后通过锁紧螺母22进行固定。安装孔11的螺纹和支撑柱21上的螺纹相配合使得支撑柱21在底板1上方的高度实现精确调节，定位误差不大于0.01mm。支撑柱21顶端为球形结构，方便与板料的光滑接触。相邻两个支撑柱21上的锁紧螺母22一个设置在底板1上方，另一个设置在底板1下方交错设置，避免锁紧时发生互相干涉，便于装置的使用。

夹持模块包括支撑座31和压板32。支撑座31底部通过螺栓连接底板1，支撑座31的顶端设有配合压板32的夹持面23，夹持面23和压板32配合夹持板料。支撑座31至少横跨两个底板1上的安装孔11。支撑座31为定位和固定一体设计结构，支撑座31高度一般为100-300mm，高度基数根据钣金件4的成形深度极限定。支撑座31与底板1连接的孔位和孔径与底板1相适应。支撑座31的夹持面23与压板32连接的孔位和孔径与压板32相适应。本实施例支撑座31底部采用双跨距孔，一组锁紧用孔不少于4个，以满足装置的稳定性要求。夹持面23采用单跨距孔，为2-3孔。压板32长度和宽度与夹持面23相同，并且夹持面23和压板32之间通过螺栓或者卡扣连接。压板32预留咬合筋，用于加强板料渐进成形时的咬合力。

本实施例中的中的底板1、支撑座31、压板32、可调支撑柱21和锁紧螺母22等都可以随被成形件的情况进行积木式组合，具体为支撑柱21可以按照钣金件4的几何特征调节高度，形成与钣金件4外侧形状包括底部、侧部、凹陷、凸起等相匹配的包络曲面，然后锁紧，以满足单点渐进成形的工艺条件，特别能满足具有复杂凹凸特征或开放性特征的成形条件。

整个夹持装置整体满足平面度不大于0.05mm/1000mm，孔径的尺寸误差不大于0.01mm，孔距精度在±0.01mm之间，承载5-10kg，锁紧力不小于24nm等技术要求。

通过本实施例进行渐进成形的方法为：

步骤s1、分析钣金件4的几何特征，设计板料渐进成形的多道次工艺补充面。

步骤s2、分析钣金件4的几何特征，设计板料渐进成形的加工轨迹。

步骤s3、根据设定的渐进成形加工轨迹，利用载荷预测算法，校核可调支撑柱21的受力状态。在制定钣金件4的渐进成形工艺方案后，可以利用载荷计算公式，获得x、y、z三个方向的成形载荷，选择适宜的可调支撑柱21以及布置方案，避免支撑柱21产生塑性变形和失稳。

步骤s4、根据载荷计算结果，确定支撑柱21布置的最佳位置和数量，并给出其顶部的球心坐标，生成球心坐标的数据文件。基于球形包络面的接触原理，选择可调支撑柱21的最佳接触位置。在此基础上实现可调支撑座31寻位和可调支撑座31球心坐标设定等。

步骤s5、根据球心坐标的数据文件与钣金件4的总体几何尺寸，选择通用底板1中安装孔11使用范围。

步骤s6、组装底板1和可调支撑模块，并且在可调支撑模块的外圈布置夹持模块；误差要求小于0.01mm；同时进行预紧，预紧力不小于24nm，平面度满足0.05mm/1000mm。

步骤s7、利用非接触式测量方法，验证调节精度是否满足设计要求，并紧固。

步骤s8、安装板料的初始毛坯，利用压板32压紧，开始进行渐进成形。

本实施例不仅可以实现板料的快速精准夹持，还可以根据被成形钣金件4的特征进行任意组合，生成渐进成形用的支撑结构，具有柔性夹持和柔性背模的功能；柔性夹持装置可以重复使用，无弃用，大大降低了成本；柔性加持装置节省了非通用型的背模和板料夹持系统的制作时间，有效提高了渐进成形工艺开发效率与制造质量；柔性夹持装置中的关键部件采用标准化设计，便于互换；柔性夹持装置轻巧，方便拆卸保养，刚性好。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。