专利名称：涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种塑性成形技术领域的模具，具体是一种涵盖多种包边方式的 机器人滚压包边成形特征模具。
背景技术：
包边是一种连接汽车外板和内板的常见加工方法，是指将已翻边好外板进行 逐步弯曲后包裹住内板的一种成形方法，是冲压件的最后一道成形工序。从车身 零件冲压成形到装配过程的柔性化成为汽车制造的发展趋势，机器人滚压包边技 术是实现车身四门两盖等分总成包边柔性化的最新技术，相比传统的模具包边工 艺，大大降低了模具开发时间和成本，极大地提高生产线的柔性。但是滚压包边 由于变形复杂，成形缺陷形式多样，缺陷诊断和尺寸精度控制更加困难，有必要 发明一套涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模具，进行滚压包边研 究，了解缺陷产生的原理，控制缺陷的产生。
经对现有技术的文献检索发现，法国S.Thuillier等人2008年在期刊 《Journal of Materials Processing Technology》上发表论文"Numerical simulation of the roll hemming process"("滚压包边过程的数值仿真，，)， 该文对平面曲线滚压包边进行了仿真研究，该研究主要对应于平面曲线包边形式 的尺寸缺陷，没有涉及到其他包边方式的缺陷。Guohua Zhang、 Jack Hu等对于 模压包边的平面直线以及曲面曲线的尺寸缺陷和翘曲缺陷的机理进行了研究，并 在实验中实现了模拟，不过几何特征也有明显的局限性。对于几何形状多样的汽 车覆盖件，其成形特征涵盖多种类型的包边，包括各种类型直线或曲线形式的包 边特征，所以采用简单曲线来模拟滚压包边，对于汽车板表面质量特性的应用和 研究有较大的局限性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种涵盖多种包边方式的机器人滚压包边 成形特征模具，可以使滚压包边成形件实现与实际包边零件相一致的三维变形，能够满足研究汽车板滚压包边性能研究的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括下模、底座、压板、夹紧装 置。下模置于底座上，底座固定在地面上，压板通过夹紧装置设置在下模上。下 模下表面保持水平，压板上表面保持水平，下模上表面和压板下表面拥有相同的 结构形面，该结构形面包括两个部分平面和曲面，平面与曲面保持相切，下模 上表面曲面凹面向上，压板下表面曲面凹面向下。
所述下模上表面，其曲面凹面向上，边缘为倒角。
所述曲面除去与平面连接部分外，外边缘共有三条包边线，其中有两条包边 线是相对的，这两条包边线为曲面曲线；所述三条包边线中有一条直线连接了上 述两条曲面曲线，为曲面直线。
所述平面是指与曲面相切的部分，与曲面曲线相切连接的两条包边线为直 线，为一条长直边和一条中直边，和曲面直线相对且与长直边垂直相连接的是一 条短直边，长直边、中直边和短直边这三条直边构成平面直线包边部分。
所述中直边和短直边，它们之间的过渡部分设有外凸和内凹平面曲线。外凸 平面曲线包括小半径外凸圆弧、大半径外凸圆弧，内凹平面曲为内凹圆弧，内凹 圆弧与大半径外凸圆弧等半径相切连接，与小半径外凸圆弧通过直线相切连接， 该直线与短直边和曲面直线平行。
所述小半径外凸圆弧，为与中直边相切连接的外凸四分之一圆弧，其曲率半 径较小， 一般取为20至50mm;所述大半径外凸圆弧，为与短直边相切连接的外 凸四分之一圆弧，其曲率半径较大， 一般取为60至100腿。
所述底座上表面保持水平安装，通过螺纹与下模下表面相连接，下表面通过 地脚螺栓与地面相连，底座内部向下整体为空腔，壁厚10mm至15鹏。
所述压板和下模配合安装，压板下表面曲面凹面向下，相对下模上表面压板 下表面形面向内偏置12至15mm;上表面保持水平，进行中间掏空，掏空后，中 间横梁将压板分为两个大框。
本发明使用时，将待包边外板和内板通过胶粘结在一起，置于下模上，下模 置于底座上，底座通过地角螺栓固定在地面上，压板通过夹紧装置将板料压在下 模上，最终成形零件的外轮廓由下模上表面的轮廓决定。
车身包边零件由于外观和刚度的特殊要求，和一般冲压件相比都具有材料 薄、形状复杂、多为复杂空间曲面、表面质量要求高等特点。车身覆盖件包边成形方式往往不是单一曲线形式的成形，而是包含平面直线、平面曲线、曲面直线、
曲面曲线等变形模式复合一起而成形。
本发明模具产生的成形模式比较复杂，基本涵盖了大部分滚压包边成形覆盖
件的特征曲面曲线部分参考了前后盖左右的曲线包边特征，拥有两条曲率半径 较大的曲面曲线；曲面直线部分参考了前后盖前后部分的直线包边特征，是一条 将两段曲面曲线相连的曲面直线；平面直线部分参考了车门左右外边缘的直线部 分的包边特征，拥有一条长直边、 一条中直边和一条短直边，长直边和中直边与 曲面曲线相切连接，短直边和曲面直线相对，与长直边垂直连接；平面曲线部分 参考了车门靠近车轮处的包边特征，拥有小半径外凸圆弧、大半径外凸圆弧和内 凹圆弧，内凹圆弧与大半径外凸圆弧等半径相切连接，与小半径外凸圆弧通过直 线相切连接。
本发明与形状多样的汽车覆盖件包边变形行为更为相近，可获得更多变形模 式下变形板料表面包边特性，能够满足汽车板滚压包边性能研究的要求，突破了 汽车板滚压包边所采用的简单件成形方法所具有的局限性(l)包边轨迹包括了 平面直线、平面曲线、曲面直线、曲面曲线等四种几何特征，可以实现多变形模 式下诱发板料包边缺陷；(2)模具结构简单，依靠定位销和快速夹头实现定位和 加紧；(3)通过改变材料、包边类型、包边速度、翻边参数及其它工艺条件，可 以全面研究车身覆盖件滚压包边中包边性能与各因素之间的关系。
图1为本发明整体模具结构示意图 图2为下模结构示意图 图3为底座结构示意图 图4为压板结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，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所示，本实施例涉及一种涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特 征模具，包括夹紧装置l、压板2、下模3、底座4。待包边外板和内板通过胶 粘结在一起置于包边下模3上，下模3置于底座4上，底座4通过地角螺栓与地面连接，压板2通过夹紧装置1将板料压在下模3上。滚压包边机器人设定滚轮
运动轨迹对外板翻边边缘进行包边，完成内板和外板的连接，最终成形零件的外
轮廓由下模3上表面的轮廓决定。为保证成形过程中模具间隙均匀，压板2和下 模3配合安装。下模3下表面保持水平，压板2上表面保持水平，由于压板2 只对零件边缘进行夹紧，为了方便人工抓持压板进行安装，以及方便夹紧装置l 施加夹紧，对压板2进行了掏空处理，通过中间横梁将压板2分为两个大框，下 模3上表面和压板2下表面拥有相同的结构形面，分为两个部分平面和曲面， 平面与曲面保持相切，下模3上表面曲面凹面向上，压板2下表面曲面凹面向下。 为保证机器人滚压包边过程中外板翻边边缘与压板2不发生干涉，参考翻边高度 以及滚轮的大小，压板2下表面形面相对下模3上表面形面向内偏置12至15mm， 确保滚压包边过程顺利进行。
如图2所示，下模3的下表面保持水平，上表面分为平面和曲面两个部分， 平面和曲面保持相切，曲面凹面向上，边缘进行30。倒角。
曲面部分参考了多数轿车前后盖的几何形状，曲面曲率相较车门和顶盖等覆 盖件要大，曲面曲率半径为200咖，曲面圆心角为3(T ，曲面除去与平面连接部 分外，外边缘共有三条包边线，其中有两条包边线是相对的，这两条包边线5 和7即为曲面曲线；三条包边线中有一条直线6连接了上述两条曲面曲线5和7 包边特征，即为曲面直线6，包边线长度为400mm。
如图2所示，平面部分即为与下模3上表面曲面部分相切的部位，此部分几 何特征参考了大多数车门的包边特点，涵盖了平面直线以及平面曲线等两种包边 方式。平面与曲面曲线相切连接的两条包边线为直线， 一条长直边8和一条中直 边13，和曲面曲线5、 7相对与长直边8垂直相连接的是一条短直边9，其中长 直边8长度为500mm，中直边13长度为320mm，短直边9长度为150mm，这三条 直边即为特征包边模具的平面直线部分；中直边13和短直边9过渡部分的包边 特征，参考了多数车门靠近车轮处的包边特点，同时拥有外凸和内凹平面曲线等 包边形式，外凸平面曲线包括小半径外凸圆弧12、大半径外凸圆弧IO，内凹平 面曲为内凹圆弧11，内凹圆弧11与大半径外凸圆弧10等半径相切连接，与小 半径外凸圆弧12通过直线相切连接，该直线与短直边和曲面直线6平行。
所述小半径外凸圆弧12，是与中直边13相切连接的外凸四分之一圆弧，其 曲率半径较小， 一般取为20至50mm;所述大半径外凸圆弧10，为与短直边9相切连接的外凸四分之一圆弧，其曲率半径较大， 一般取为60至100mm。
所述底座上表面保持水平安装，通过螺纹与下模下表面相连接，下表面通过 地脚螺栓与地面相连，底座内部向下整体为空腔，壁厚10mm至15腿。
本实施例中，小半径外凸圆弧12曲率半径为40mm，大半径外凸圆弧10曲 率半径为70mm;内凹圆弧11与大半径外凸圆弧10等半径相切连接，圆角半径 也为70mm，与小半径外凸圆弧12通过直线相切连接，该直线与短直边9和曲面 直线6平行，此处内凹圆角和外凸圆角的连接参考了覆盖件曲率变化急剧处的设 计。
如图3所示，所述底座4上表面保持水平安装，通过螺纹与下模3下表面相 连接，下表面通过地脚螺栓与地面相连，底座4内部整体向下中空，壁厚10皿 至15mm，本实施例中壁厚取12腿。
如图4所示，所述压板2和下模3配合安装，压板2下表面与下模3上表面 拥有相同的结构形面，曲面凹面向下，相对下模3上表面压板2下表面形面向内 偏置12mra;上表面保持水平，中间掏空，中间横梁将压板2分为两个大框。
所述夹紧装置1由快速夹头组成，沿着滚压边缘共分布有14个快速夹头， 快速夹头通过螺钉安装在下模3上表面的平面上，夹紧时夹头压紧压板，单个快 速夹头最大可施加2KN大小的夹紧力。
根据得到的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模具，设计制备待 包边内外板，将包边零件进行装配夹紧，确定实验及滚压包边成形参数，通过离 线编程软件对机器人滚轮运动轨迹进行编程，运行程序，进行机器人滚压包边模 拟实验。
从上述实施结果来看，得到的机器人滚压包边特征模具基本上涵盖大多数覆 盖件包边成形的主要变形特征曲面曲线包边、曲面直线包边、平面直线包边、 平面曲线包边。用该包边模具能较全面地模拟覆盖件不同部位包边成形情况，且 与形状多样的汽车覆盖件包边变形行为更为相近，可获得更多变形模式下变形板 料表面包边特性，能够满足研究汽车板滚压包边性能研究的要求。
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权利要求
1、一种涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模具，包括下模、底座、压板、夹紧装置，下模置于底座上，底座固定在地面上，压板通过夹紧装置设置在下模上，其特征在于下模下表面保持水平，压板上表面保持水平，下模上表面和压板下表面有相同的结构形面，该结构形面包括两个部分平面和曲面，平面与曲面保持相切，下模上表面曲面凹面向上，压板下表面曲面凹面向下，其中所述曲面除与平面连接部分外，外边缘共有三条包边线，其中有两条包边线是相对的，这两条包边线为曲面曲线；所述三条包边线中有一条直线连接了上述两条曲面曲线，为曲面直线；所述平面与曲面曲线相切连接的两条包边线为直线，为一条长直边和一条中直边，和曲面直线相对且与长直边垂直相连接的是一条短直边，长直边、中直边和短直边这三条直边构成平面直线包边部分；所述中直边和短直边，它们之间的过渡部分设有外凸和内凹平面曲线，外凸平面曲线包括小半径外凸圆弧、大半径外凸圆弧，内凹平面曲为内凹圆弧，内凹圆弧与大半径外凸圆弧等半径相切连接，内凹圆弧与小半径外凸圆弧通过直线相切连接，该直线与短直边和曲面直线平行。
2、 根据权利要求1所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述下模上表面，其边缘为倒角。
3、 根据权利要求1所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述小半径外凸圆弧，是与中直边相切连接的外凸四分之一圆弧； 所述大半径外凸圆弧，是与短直边相切连接的外凸四分之一圆弧。
4、 根据权利要求3所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述小半径外凸圆弧，其曲率半径为20至50ram。
5、 根据权利要求3所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述大半径外凸圆弧，其曲率半径为60至100mm。
6、 根据权利要求1所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述底座上表面保持水平，通过螺纹与下模下表面相连接，下表面通过地脚螺栓与地面相连。
7、 根据权利要求1或6所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特 征模具，其特征是，所述底座内部向下整体为空腔，壁厚为10mm至15腿。
8、 根据权利要求1所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述压板下表面，相对下模上表面压板下表面形面向内偏置12 至15皿，压板上表面中间掏空，并设有中间横梁将压板分为两个大框。
9、 根据权利要求1所述的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模 具，其特征是，所述夹紧装置由快速夹头组成，快速夹头通过螺钉设置在下模上 表面上。
全文摘要
本发明涉及一种塑性成形技术领域的涵盖多种包边方式的机器人滚压包边成形特征模具，包括下模、底座、压板、夹紧装置，下模上表面和压板下表面拥有相同的结构形面，该形面分为平面和曲面，平面与曲面相切，所述曲面外边缘共有三条包边线，其中有曲面曲线是相对的，一条曲面直线连接两条曲面曲线；所述平面与曲面曲线相切连接的两条包边线为一条长直边和一条中直边，和曲面直线相对且与长直边垂直相连接的是一条短直边，中直边和短直边过渡部分的包边特征，同时拥有外凸和内凹平面曲线等包边形式。本发明基本涵盖大多数覆盖件包边成形的主要变形特征，可获得更多变形模式下变形板料的包边特性，能够满足研究汽车板滚压包边性能研究的要求。
文档编号B21D37/00GK101530881SQ200910049399
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者伍俊棠, 席升印, 李淑慧, 星 胡, 赵亦希 申请人:上海交通大学