作为示例包括在内并且不意味着限制。
[0050]参照图1，示出了总体上示为10的用于渐进成形工件12的已知的系统。这样的系统用于成形各种可成形的材料，例如金属板材。在本发明的一个或多个实施例中工件12总体上可以是平面的或者可以至少部分是预成形或非平面的。系统10通常包括可释放地固定并保持工件12的工件支撑结构14和14’、第一操纵器16及第二操纵器18。第一操纵器16和第二操纵器18由可编程的控制器(未示出)操作。控制器监测并控制操纵器、测压元件、加热元件、臂及工具更换器的操作。
[0051]提供第一操纵器16及第二操纵器18以定位成型工具。第一操纵器16和第二操纵器18被安装在分离的平台上(未示出)。第一操纵器16和第二操纵器18可以具有相同或不同的配置，例如具有多个自由度。例如，六角操纵器可以具有至少六个自由度，例如发那科机器人(Fanuc Robotics)模型F_200i六足机器人。
[0052]操纵器16包括一系列连接至平台的连杆或支柱20。操纵器18包括一系列连接至平台的连杆或支柱22。连杆或支柱20及22通常是线性驱动器，例如液压缸。具有六个自由度的操纵器可以在三个线性方向及三个角度方向上单独地或任意组合的移动。因此操纵器16和18可以沿像X、Y和Z轴这样的多个轴移动相关的工具。
[0053]第一操纵器16可以包括测压元件24、加热元件26、臂28、工具保持器30及成型工具32。第二操纵器18可以包括测压元件34、加热元件36、臂38、工具保持器40及成型工具42。
[0054]测压元件24和34检测施加到工件12上的力。由测压元件24和34生成的数据被传送至控制器用于监测并控制系统10的操作。
[0055]加热元件26和36提供传送至工件12的能量以增强工件12的所需的成形。加热元件26和36可以是电学的或非电学的并且可以用于直接(例如由激光)或间接(例如通过传导)地向工件12提供热。
[0056]设置臂28和38以分别使工具保持器30和40旋转。臂28和38可以被编程或受控的旋转主动控制。可替换地，臂28和38可以响应于相对工件12施加的像通过成型工具32和42传递的力这样的力而通过允许臂28和38的自由旋转来被动地被控制。
[0057]工具保持器30和40分别接收和保持成型工具32和42。每个工具保持器30和40包括孔以接收成型工具32和42的一部分并且利用夹具、固定螺钉或本领域公知的其他机构将成型工具32和42固定在固定位置。可替换地，工具保持器30和40和/或成型工具32和42还可以与自动工具更换器(未示出)关联，自动工具更换器可以允许工具的快速互换或替换。
[0058]系统10用于渐进成形工件。根据渐进成形的方法，工件12通过一系列小的、渐进变形来成形为所需的配置。通过抵靠工件12的表面移动成型工具32和42来形成小的渐进变形。沿编程到控制器内的路径可以发生成型工具32和42的移动。可替换地，还可以根据例如来自测压元件24和34的测得的反馈来适应性地实时编程成型工具32和42的移动路径。根据该方法，随着成型工具32和42沿工件12移动，成形渐进地进行。
[0059]成型工具32和42为工件12的成形赋予成形力。根据已知的技术，工件12可以通过如图2所示的两个相对的成型工具32和42的操作成形或者通过如图3所示的两个间隔开的成型工具32和42的操作成形。当成型工具32和42如图2所示的相对的方式操作时，工件12通过工具的同时移动成形。可替换地，当工具不是相对的方式定位而是定位在图3所示的间隔开的位置时，工件12可以由成型工具32和42的同时操作成形。
[0060]尽管实现了某些目标，但是当用于生产时，像成型工具32和42这样的已知的成型工具不能克服已知的及一贯的挑战。这些弱点在已知的成型工具自身的设计及构造中是固有的。
[0061]参照图4，说明了图1到3中所示的渐进成型工具32的侧视图。成型工具32包括杆44、过渡区46、颈部48及固体球头或成型尖50。颈部48限定尖-到-杆分界面。尽管示为圆锥形过渡区46，但已知过渡区46具有圆锥或非圆锥两种形状。
[0062]如图5A，已知的渐进成型工具在成形机器(系统)的负载路径内是结构上最弱的，因为它们是系统中物理上最小的元件。这在成型尖50和过渡区46之间的分界面处尤其真实。当工件正在成形时像图5A所示的旋转力RF及图5B所示的杆的挠曲SD及尖的挠曲TD这样的成形力完全通过这些较小的部分传递使它们承受最大的应力。
[0063]如现有技术已知的，更小的尖直径比它们的更大的对应物更加普遍，因为它们可以形成圆角、小的部件及锐化边角。然而，使用更小的尖的需要造成生产中的某些问题。首先，如图4到5C所示，成型尖50和杆44之间的颈部48的分界面的直径小于球头的直径。例如，6mm直径工具尖的颈部可以不大于4mm。如图5A和5B所示，当施加更大的负载时，分界面处的应力可以变得非常大导致弹性及可能的塑性变形。其次，成型尖50处的任何弹性变形将导致工件的尺寸上的不精确。第三，任何塑性变形将导致成型工具32的永久性损坏。
[0064]与已知的成型工具相关的其他问题是已知的。例如，绕工具轴线(如图5A所示)旋转的力可能导致成型尖50由于疲劳在颈部48处从过渡区46断裂。另外，具有更小的成型尖50的成型工具32具有更小的杆44以避免成形过程中干扰工件。杆44是力施加在端部的悬臂。如图5A和5B所示的，随着杆的长度变得更长并且直径变得更小，工具挠曲变得更加显著，这可能影响尺寸精度。
[0065]另外，相对于成型尖50的直径，杆44的直径表明最大的成形角。相应地，并且如图5C所示，具有大于最大成形角的斜率的工件的任意区域将干扰杆44。如所示的，当杆44的下端接触工件W时，存在在工件W的成形过程中引起的物理干扰区域PI。在物理干扰区域PI，杆冲击抵靠工件W导致工件W的不满意的成形。如图4到5A所示，提供渐进成型工具的现有技术方法具有某些缺点。
[0066]本公开的发明构思克服了已知的渐进成型工具面临的挑战。附图中示出了并与之相关地讨论了四个常用的实施例。图6到8D说明了第一实施例。图9A和9B说明了第二实施例。图1OA和1B说明了第三实施例。图1lA和IlB说明了第四实施例。
[0067]参照图6到8D，说明了本公开的发明构思的第一实施例的变体。所说明的渐进成型工具的变体的共有部件包括用于附接至像CNC(电脑数值控制)机器或机械臂这样的单元的杆、圆环形的成型工具及起杆和圆环形成型工具之间的分界面的作用的承接部。尽管说明了三个独特的部件，但应该理解的是，图6-8D的渐进成型工具可以由实心件制成。本公开的发明构思的成型工具可以用于成形任何适合的材料或具有所需的成形特征的一种或多种材料，例如金属、金属合金、聚合物材料或它们的组合。
[0068]图6到8D的渐进成型工具的最重要的特征是使用圆环形部件代替现有技术的球头尖作为成型元件。该设计提供现有技术的多个优点。图6-8D的渐进成型工具是在尖部(由所示的圆环形限定)具有非常少的弹性变形并且没有塑性变形的极其刚性的构造。该配置提供成形硬的工件材料所需的工具刚度及足够坚实以防止断裂的结构完整性的最佳平衡。相应地，本公开的发明构思克服了已知的成型工具的限制，即如果过于坚硬，则遭受断裂并且因此不能有效或经济地用于成形由硬质材料组成的工件。圆环自身可以为特定应用制成需要的大小。杆的直径可以制成根据圆环的外径的大小，因此使得杆极其刚性。圆环形尖的平底面在成形过程中提供改善的尺寸精度。
[0069]图6-8D的渐进成型工具的其他优点包括降低疲劳断裂的机会，原因在于较低的应力及只要杆等于或小于圆环的外径，杆就不干扰正在成形的工件的事实。当以截面图的