曲面构件成形装置、成形构件起皱的消除方法及系统与流程

本发明涉及构件成形领域，特别是涉及一种曲面构件成形装置、成形构件起皱的消除方法及系统。

背景技术：

大型复杂曲面板材构件在石油化工、航空航天等领域应用广泛，为提高板材构件的可靠性及承载能力，现有技术大多采用整体成形方法进行制造，比如充液拉深方法。但是由于板材构件整体尺寸大、壁厚超薄、型面复杂，在充液拉深过程中，板材构件因容易产生局部起皱而无法完全贴靠模具。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种曲面构件成形装置、成形构件起皱的消除方法及系统，用以解决板材构件在充液拉深过程中容易起皱的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种曲面构件成形装置，包括：流体介质容器、凹模和凸模；所述凹模设于所述流体介质容器上表面，所述凹模与所述流体介质容器内的流体介质形成下模，所述下模与所述凸模用于成形曲面构件；

所述凸模的内部设置有多个位移传感器，多个所述位移传感器的触头形成的曲面与所述凸模的表面重合；

所述流体介质容器连接有液压装置，所述液压装置连接有控制器；所述控制器与所述位移传感器连接，所述控制器用于获取所述位移传感器检测的位移值，并根据所述位移值控制所述液压装置调整所述流体介质容器中的流体介质的压力。

可选的，多个所述位移传感器沿着所述凸模的中心轴环向设置。

可选的，所述位移传感器设置在所述凸模的四分之一型面上。

可选的，所述位移传感器设置在所述凸模的整个型面上。

可选的，所述凹模与所述流体介质容器之间设置有密封圈。

本发明还提供了一种成形构件起皱的消除方法，应用于上面所述的曲面构件成形装置，其特征在于，包括：

获取不同位置的位移传感器的位移值；

判断同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值是否大于预设值，得到判断结果；

当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值大于所述预设值时，提高背向压力；所述背向压力为流体介质容器中流体介质对所述构件的作用力；

当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值不大于所述预设值时，维持所述背向压力不变。

可选的，所述预设值为0.15-0.25mm。

可选的，所述预设值为0.2mm。

本发明还提供了一种成形构件起皱的消除系统，包括：

获取模块，用于获取不同位置的位移传感器的位移值；

判断模块，用于判断同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值是否大于预设值，得到判断结果；

背向压力提高模块，用于当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值大于所述预设值时，提高背向压力；所述背向压力为流体介质容器中流体介质对所述构件的作用力；

背向压力维持模块，用于当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值不大于所述预设值时，维持所述背向压力不变。

可选的，所述预设值为0.2mm。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的曲面构件成形装置、成形构件起皱的消除方法及系统，在凸模内部设置多个位移传感器，多个位移传感器的触头形成的曲面与凸模的表面重合；控制器根据位移传感器采集的位移数值，在线检测板材构件在成形过程中同一环向的各点是否与凸模的距离一致，并且根据反馈的位移在线调整背向压力，消除超薄壁厚板材构件在充液拉深过程中的局部起皱，减少大型板材构件的试验量、降低成本及研制周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明曲面构件成形装置的实施例1的结构示意图；

图2为本发明曲面构件成形装置的实施例2的结构示意图；

图3为本发明成形构件起皱的消除方法的实施例的流程图；

图4为本发明成形构件起皱的消除系统的实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于充液拉深技术的优点，充液拉深方法可以用于超薄壁厚板材构件的成形。但由于试件整体尺寸大、超薄壁厚、型面复杂，充液拉深过程中悬空区切向压应力容易超过临界起皱压应力，容易产生局部起皱，无法完全贴靠模具，需要多次反复进行大量试验，优化工艺参数、消除悬空区起皱。

针对上述成形中的起皱问题，本发明提供了一种曲面构件成形装置、成形构件起皱的消除方法及系统，用以解决板材构件在充液拉深过程中容易起皱的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明曲面构件成形装置的实施例1的结构示意图，实施例1用于成形半椭球形曲面零件。图2为本发明曲面构件成形装置的实施例2的结构示意图，实施例2用于成形平底锥形零件。

如图1和图2所示，所述曲面构件成形装置包括：流体介质容器1、凹模2、压边圈3、凸模4、位移传感器5。

凹模4设于流体介质容器1上表面，凹模2与流体介质容器1内的流体介质8形成下模，所述下模与凸模4用于成形曲面构件；板材坯料6放置在凹模2上，板材坯料6的边缘通过压边圈3固定。

凸模4的内部设置有多个位移传感器5，多个位移传感器5的触头形成的曲面与凸模4的表面重合；流体介质容器1连接有液压装置，液压装置连接有控制器(图中未示出)；控制器与位移传感器5连接，控制器用于获取位移传感器5检测的位移值，并根据位移值控制液压装置调整流体介质容器1中的流体介质8的压力。凸模4内设置位移传感器5，实时检测坯料变形过程中的起皱情况，方便在线调整工艺参数。

多个位移传感器5沿凸模4的中心轴环向设置，由于凸模4为轴对称型面(如图1和图2所示)，只需将位移传感器5设置在凸模4的1/4的型面上，就可以实现对整个板材坯料在成形过程中的起皱情况的监测，这样可以减少控制器的处理数据。

流体介质容器1上设有与腔体1-2相通的液体注入孔1-1，工作时通过液体注入孔1-1向流体介质容器1内注入流体介质8。液压装置通过液体注入孔1-1与流体介质容器1连接，用于提高流体介质8的压力。

流体介质容器1与凹模4固定连接，凹模4与流体介质容器1之间设置有密封圈7，防止流体介质8泄漏。

压边圈3、凹模2上都设有供凸模4通过的内孔，凸模4的最大外径均小于压边圈3和凹模2的内孔径，这样可以方便凸模4的上下移动而保证拉深顺利进行。

凹模2内孔径与凸模4最大外径的尺寸差大于板材坯料的厚度，这样可以方便将板材坯料压入到凹模2内而板材坯料不破裂。实际操作中，控制凸模4的最大外径与凹模2内孔径的尺寸差是欲成形板件厚度的1.1倍，当然此数值也可以略大或略小，都能实现本发明的目的。

本发明还提供了一种成形构件起皱的消除方法，应用于如图1和图2所示的曲面构件成形装置。所述成形构件起皱的消除方法根据位移传感器采集的位移数值，在线检测板材构件在成形过程中同一环向的各点是否与凸模的距离一致，并且根据反馈的位移在线调整背向压力，消除超薄壁厚板材构件在充液拉深过程中的局部起皱，减少大型板材构件的试验量、降低成本及研制周期。

图3为本发明成形构件起皱的消除方法的实施例的流程图，如图3所示，所述方法包括：

步骤301，获取不同位置的位移传感器的位移值；

步骤302，判断同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值是否大于预设值，得到判断结果；可选的，所述预设值为0.15-0.25mm，最优的，所述预设值为0.2mm。

步骤303，当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值大于所述预设值时，提高背向压力；所述背向压力为流体介质容器中流体介质对所述构件的作用力；

步骤304，当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值不大于所述预设值时，控制所述背向压力不变。

采用所述成形构件起皱的消除方法对曲面构件进行加工的具体过程如下：

a、首先将流体介质容器1上的液体注入孔1-1与液压装置连接，然后向流体介质容器1内注入流体介质8，流体介质8的液面与凹模2的上表面基本持平；

b、在凹模2的上表面放置板材坯料6；

c、将压边圈3、凸模4与压力机连接，在压力机压边滑块的带动下控制压边圈3下行至与板材坯料6相接触，并可以同时施加压边力(如图1中f所示)，施加压边力的目的在于避免板材坯料6法兰区拉深起皱。在实际应用中，根据板材坯料6尺寸的不同，所述压边力的大小也不相同，但只要能实现避免板材坯料6法兰区起皱的目的即可。

d、在压力机主滑块驱动下凸模4在压边圈3和凹模2的内孔内下移(如图1中v所示)，凸模4与板材坯料6接触后继续下压，同时通过液压装置对流体介质容器1内的流体介质8加压使其对板材坯料6产生背向压力p，根据位移传感器5的同一环向位移偏差值调整背向压力p，控制位移偏差<0.2mm，直到板材坯料6压入凹模2，加工过程结束。

e、将背向压力p卸压，然后主滑块带动凸模4上移，压边滑块带动压边圈3上移，取出成形零件即可。

本实施方式中，通过变形过程中对板材坯料6施加背压力p，通过位移传感器5检测同一环向位置的位移偏差，在具有起皱的趋势并未产生较大皱纹时即进行控制，实现在线检测并消除复杂曲面件成形起皱，避免拉深结束后发现曲面构件上的皱纹而无法在拉深过程中进行干预、控制，减少试验次数、降低成本。

采用上述方法及所述装置对铝合金al1100材料进行成形，可以通过5次试验即可确定出合理的液室压力加载曲线，避免起皱，缩短试验周期、降低成本。

本发明还提供了一种成形构件起皱的消除系统，图4为本发明成形构件起皱的消除系统的实施例的结构框图。如图4所示，所述系统包括：获取模块401、判断模块402、背向压力提高模块403和背向压力维持模块404；所述获取模块401的输出端与判断模块402的输入端连接，判断模块402的输出端分别与背向压力提高模块403和背向压力维持模块404连接。

获取模块401，用于获取不同位置的位移传感器的位移值；

判断模块402，用于判断同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值是否大于预设值，得到判断结果；

背向压力提高模块403，用于当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值大于所述预设值时，提高背向压力；所述背向压力为流体介质容器中流体介质对所述构件的作用力；

背向压力维持模块404，用于当判断结果表示同一环向的任意两个所述位移值的差的绝对值不大于所述预设值时，维持所述背向压力不变。

预设值是经过多次试验得到的经验值，可以根据实际工况极性调整。本实施例优选为0.15-0.25mm，最优的为0.2mm。

本发明由于采用位移传感器实时检测充液拉深成形过程中坯料起皱情况，可以适时调整优化背向压力，其主要优点如下：

1、凸模内置位移传感器，适时检测坯料变形过程中的起皱情况，方便在线调整工艺参数；

2、在线进行起皱缺陷监测，避免事后反复试验、消除皱纹，显著降低试验次数及成本，易于获得工艺窗口。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。