专利名称：一种无模渐进成形工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工领域，具体是一种无模渐进成形工具。
背景技术：
在传统的钣金成形领域，成形复杂曲面形状的钣金零件需要采用凸模和凹模进行 成形。而往往凸模和凹模的设计制造周期长，成本高，还需要反复修模，所以传统的钣金制 造方法适用于大批量生产，而不适合于小批量零件及新产品原型的制造。为了减少制造成 本、缩短生产周期，就需要一种不需要模具，同时又能满足制造要求的成形方法。渐进成形 (增量成形)是一种柔性的板料成形方法，以其可以实现无模成形、降低制造费用、板料的 变路径成形、CAD/CAE/CAM —体化和板料制造自动化等优点，而越来越受到研究机构和制造 行业的重视。日本的松原茂夫首先提出一种单点渐进成形方法和基于这种方法的成形装置用 具有球面前端的棒状工具按照成形件横截面形状移动走等高线，实现板料的无模成形。其 成形工具为移动过程中不旋转的球头棒。这种成形工具虽然制作简单，但成形过程中工具 头与板料处于滑动摩擦状态，成形后零件的表面质量较低。后来，松原茂夫等又提出在工具 棒的头部加一个自由转动的球体的结构。这种结构可以在一定程度上减少工具头与板料的 摩擦，但由于工具头部的球体与工具体之间是滑动摩擦的关系，所以工具头部的球体在成 形过程中不能很好地转动。针对日本的松原茂夫提出的球头棒状工具的不足，湖北汽车工业学院的张春提出 多种可降低的工具头与板料摩擦的成形工具由回转工具体、滚动体和滚动体保持器三部 分组成。一种组合为滚动体为滚珠，与之相适应的滚动体保持器为带状，上面有安装所述 滚珠的径向圆孔，绕着回转工具体轴线呈螺旋非对称方式布置。这种组合的成形工具，制造 工艺复杂、成本高，滚珠装在保持器的圆孔内，不能很好的转动。另一种组合为滚动体为滚 轮，保持器为芯轴。这种成形工具的滚轮与芯轴之间是滑动摩擦，摩擦力较大，影响滚轮的 转动效果，另外这种滚轮的外表面存在会刮削板料表面的棱，使成形件的表面质量较低。
发明内容为克服现有技术中存在的或者成形件的表面质量较低，或者工具头的球体与工具 体之间的滑动摩擦阻滞了工具头球体在成形中转动不畅的不足，本发明提出了一种无模渐 进成形工具。本发明所要解决的问题是提供一种能够提高成形件表面质量和成形精度的无模 渐进成形工具，它不仅能够保证成形件表面质量高、成形精度高，而且制造简单，成本低廉。本发明包括工具轴、芯轴和两个轴套、两个轴承、两个内挡圈、两个工具头及两个 外挡圈。芯轴穿过工具轴一端的芯轴安装孔，并且芯轴的中部与芯轴安装孔之间干涉配合。 轴承分别套装在芯轴的两端，并且轴承与芯轴之间过渡配合。在芯轴的两侧分别套装有轴 套。内挡圈分别位于芯轴的两端。工具头分别套装在芯轴两端的轴承上，并通过外挡圈定位。工具头的外圆表面到工具轴轴线的最大垂直距离小于成形件侧壁的内圆弧半径。工具 轴与工具头配合端位于工具头的球面所形成的包络区域内。所述的工具轴一端的外表面对称分布有与工具轴的轴线平行的两个平面，在该平 面上有芯轴的安装孔，并且该安装孔的轴线垂直于工具轴的两个平面并与轴线相交。所述的芯轴两端端头处的外圆周上均有内挡圈的安装槽。所述的工具头为大半圆形的球体，并且工具头的半径小于成形件的内圆弧半径。 在工具头的平面上有轴承4的安装孔。所述的轴承的安装孔为盲孔；在安装孔的孔口处有环形外挡圈的安装槽，在该安 装孔底部中心有锥形的凹槽，内挡圈和芯轴的端部位于该凹槽内。本发明的工具轴在机床主轴的带动下回转，使工具头的外表面与板料接触，并且 所接触的大部分区域是滚动摩擦，只有小部分是滑动摩擦，加之工具头6硬度高、外表面光 滑，所以能够降低成形工具与板料间的摩擦，从而提高成形件的表面质量。使用本发明加工 板料，成形工具8上的两个工具头6反复地使局部区域变形而接近预成形的形状，能够减少 成形件的回弹，从而提高成形精度，并且具有结构简单，制造成本低的特点。
附图1是无模渐进成形工具的示意图。附图2是无模渐进成形工具的结构示意图。附图3是工具轴结构示意图的主视图。附图4是工具轴结构示意图的右视图。附图5是芯轴的结构示意图。附图6是轴套的结构示意图。附图7是工具头结构示意图的主视图。附图8是工具头结构示意图的右视图。其中1.工具轴2.芯轴3.轴套4.轴承5.内挡圈6.工具头7.外挡圈具体实施方式
如附图2所示。本实施例提供一种能够提高成形件表面质量和成形精度的无模渐 进成形工具。本实施例为对称结构，包括工具轴1、芯轴2和两个轴套3、两个轴承4、两个内 挡圈5、两个工具头6及两个外挡圈7。芯轴2穿过工具轴1 一端的芯轴安装孔，并且芯轴2的中部与芯轴安装孔之间干 涉配合。一对轴承4均采用619/5型深沟球轴承，分别套装在芯轴2的两端，并且轴承4与 芯轴2之间过渡配合。在芯轴2的两侧，分别套装有轴套3。通过内挡圈5实现轴承4的轴 向定位。两个工具头6分别套装在芯轴2两端的轴承4上，并通过外挡圈7定位。工具头 6的外圆表面到工具轴1轴线的最大垂直距离小于成形件侧壁的内圆弧半径。工具轴1为圆形杆件。工具轴1 一端的外表面对称分布有与工具轴的轴线平行的 两个平面，在该平面上有芯轴2的安装孔，并且该安装孔的轴线垂直于工具轴的两个平面 并与轴线相交。芯轴2为圆形杆件。芯轴2两端端头处的外圆周上均有内挡圈5的安装槽。轴套3为薄壁圆环形，其内径同芯轴2的外径。 工具头6为大半圆形的球体。工具头6的半径小于成形件的内圆弧半径。在工具 头6的平面上有盲孔，该盲孔的内径同轴承4的外径，并且该盲孔孔口处有环形外挡圈7的 安装槽，在该盲孔底部中心有锥形的凹槽，内挡圈5和芯轴2的端部位于该凹槽内。工具轴 1与工具头6配合端位于工具头6的球面所形成的包络区域内。轴套3套装在芯轴2上，用 于限定轴承4在芯轴2上的位置，使轴承4与工具轴1之间不干涉。
权利要求一种无模渐进成形工具，包括工具轴(1)和工具头(6)，其特征在于，所述的无模渐进成形工具还包括芯轴(2)和两个轴套(3)、两个轴承(4)、两个内挡圈(5)、两个工具头(6)及两个外挡圈(7)；芯轴(2)穿过工具轴(1)一端的芯轴安装孔，并且芯轴(2)的中部与芯轴安装孔之间干涉配合；轴承(4)分别套装在芯轴(2)的两端，并且轴承(4)与芯轴(2)之间过渡配合；在芯轴(2)的两侧分别套装有轴套(3)；内挡圈(5)分别位于芯轴(2)的两端；工具头(6)分别套装在芯轴(2)两端的轴承(4)上，并通过外挡圈(7)定位；工具头(6)的外圆表面到工具轴(1)轴线的最大垂直距离小于成形件侧壁的内圆弧半径；工具轴(1)与工具头(6)配合端位于工具头(6)的球面所形成的包络区域内。
2.如权利要求1所述一种无模渐进成形工具，其特征在于，所述的工具轴(1)一端的外 表面对称分布有与工具轴的轴线平行的两个平面，在该平面上有芯轴(2)的安装孔，并且 该安装孔的轴线垂直于工具轴的两个平面并与轴线相交。
3.如权利要求1所述一种无模渐进成形工具，其特征在于，所述的芯轴(2)两端端头处 的外圆周上均有内挡圈(5)的安装槽。
4.如权利要求1所述一种无模渐进成形工具，其特征在于，所述的工具头(6)为大半圆 形的球体，并且工具头(6)的半径小于成形件的内圆弧半径；在工具头(6)的平面上有轴承 ⑷的安装孔。
5.如权利要求4所述一种无模渐进成形工具，其特征在于，所述的轴承(4)的安装孔为 盲孔；在安装孔的孔口处有环形外挡圈(7)的安装槽，在该安装孔底部中心有锥形的凹槽， 内挡圈(5)和芯轴(2)的端部位于该凹槽内。
专利摘要一种无模渐进成形工具，包括工具轴、工具头、芯轴和两个轴套、两个轴承、两个内挡圈、两个工具头及两个外挡圈。芯轴穿过工具轴一端的芯轴安装孔，并且芯轴的中部与芯轴安装孔之间干涉配合。轴承分别套装在芯轴的两端，并且轴承与芯轴之间过渡配合。在芯轴的两侧分别套装有轴套。内挡圈分别位于芯轴的两端。工具头分别套装在芯轴两端的轴承上，并通过外挡圈定位。工具头的外圆表面到工具轴轴线的最大垂直距离小于成形件侧壁的内圆弧半径。工具轴与工具头配合端位于工具头的球面所形成的包络区域内。本实用新型能够降低成形工具与板料间的摩擦、提高成形精度，具有结构简单、成本低的特点。
文档编号B21D11/00GK201644627SQ20102013605
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者元振毅, 武伟超, 王永军, 肖旭东 申请人:西北工业大学