一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元

1.本发明属于柔性成形制造技术领域，具体涉及一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元。


背景技术：

2.多点成形模具致力于数字化制造柔性成形板类曲面件的成形，相对于传统模具，能够大大降低模具制造的成本和生产周期。
3.现有技术中，从最初的“板材多点成形装置(zl cn02109866.2)”到“使用摆头单元的多点成形装置(zl cn200820072138.2)”等公开的技术方案实现了从成形单元角度改善成形质量，提高成形精度。
4.但是，上述现有技术并不能完全解决因成形单元与实体模具的差距所带来的问题：
5.1、固定式冲头加工曲面件时，冲头与曲面件之间的有效接触区小，板料与冲头的贴合效果差，导致成形精度降低，存在着严重的压痕与折痕的问题。
6.2、摆动式冲头虽然可以改善冲头与曲面件之间有效接触区小的问题，但是受到摆动角度的影响，难以成形曲率较大的曲面件。


技术实现要素：

7.针对上有技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元，通过分化成形单元中的冲头部分，提高成形效果，减少折痕。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
8.一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元，包括一级摆头和二级摆头；
9.所述一级摆头由一级摆盘、一级球体、中心冲头、弹性元件和方体组成，一级球体方体旋转安装在方体顶部，中心冲头固定在一级球体上，一级摆盘安装在中心冲头上，弹性元件连接在一级摆头与方体之间；
10.所述二级摆头均匀分布安装在一级摆盘上，由二级摆盘和二级球体组成，二级球体旋转安装在一级摆盘上，二级摆盘安装在二级球体上。
11.进一步地，所述一级球体通过一级球帽轴向限位在方体顶部一级凸头上；
12.所述二级球体通过二级球帽轴向限位在一级摆盘顶部二级凸头上。
13.进一步地，所述二级摆头呈环形矩阵均匀分布安装在一级摆盘上。
14.进一步地，所述二级摆头数量为四个或六个。
15.进一步地，所述中心冲头顶部冲头表面与二级摆盘顶面均为与曲面件相匹配的球面。
16.进一步地，所述弹性元件为弹簧。
17.更进一步地，所述弹簧一端粘接方体上，另一端与一级摆盘相接触。
18.进一步地，所述一级摆盘螺纹连接在中心冲头上。
19.更进一步地，所述一级球帽与方体螺纹连接；
20.所述二级球帽与一级摆盘螺纹连接。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.1.本发明所述一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元能够通过两级摆头分块与曲面件接触，加工的曲面件曲率远大于固定摆头。
23.2.本发明所述一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元，两级摆头结构中，一级摆头的一级摆盘相对于中心冲头的高度位置可调节，有效改善模具与曲面件的接触关系，使模具外形更接近实体模具，有效提高曲面件的成形精度。
附图说明
24.图1为本发明所述成形单元的结构示意图；
25.图2为本发明所述成形单元的两级摆头均处于最大摆动状态的示意图；
26.图3a为本发明所述成形单元中，四个二级摆头呈阵列式安装在一级摆头上的俯视图；
27.图3b为本发明所述成形单元中，六个二级摆头呈阵列式安装在一级摆头上的俯视图；
28.图4为本发明所述成形单元安装在模具中对曲面件加工的示意图。
29.图中：
30.1-一级摆头
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2-二级摆头
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3-曲面件
31.11-一级摆盘
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12-一级球体
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13-一级球帽
32.14-中心冲头
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15-弹性元件
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16-方体
33.21-二级摆盘
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22-二级球体
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23-二级球帽。
具体实施方式
34.为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
38.如图1所示，本发明公开了一种用于数控快速可重构型面模具的成形单元，所述成形单元包括一级摆头1和二级摆头2，所述二级摆头2呈阵列均匀分布并铰接安装在一级摆头1上，其中：
39.所述一级摆头1由一级摆盘11、一级球体12、一级球帽13、中心冲头14、弹性元件15和方体16组成；
40.所述方体16作为基体设置在底部，方体16内侧为空腔结构，方体16顶部设有一级凸头结构，所述一级凸头顶部开有球面凹槽；
41.所述一级球体12匹配铰接安装在方体16顶部一级凸头的一级球面凹槽内，并能在一级球面凹槽内自由转动，所述一级球帽13以螺纹连接的方式匹配安装在方体16顶部一级凸头上，将一级球体12沿方体16轴向限位固定在方体16上，使一级球体12始终在方体16上可靠旋转；
42.所述中心冲头14沿径向固定安装在一级球体12上，并与方体16同轴设置，所述中心冲头14随一级球体12相对于方体16自由旋转摆动；
43.所述一级摆盘11为内侧壁开有螺纹的圆环形结构，所述一级摆盘11中心开有安装孔，并通过螺纹同轴连接在中心冲头14上，并随中心冲头14相对于方体16自由旋转摆动，所述一级摆盘11通过旋转摆动可实现调节相对于中心冲头14的轴向高度位置；
44.所述中心冲头14顶部的冲头表面为与加工成形的曲面件相匹配的大曲率球面结构，中心冲头14的杆部外表面为与一级摆盘11中心安装孔相匹配的细牙螺纹结构；
45.所述一级摆盘11底部端面四周通过所述弹性元件15与方体16一级凸头四周环形端面连接，即弹性元件15设置在一级球帽13圆周外侧；
46.所述一级摆盘11上呈阵列均匀分布设有若干与所述二级摆头2匹配安装的二级凸头，与一级凸头相类似地，所述二级凸头顶部开有二级球面凹槽；
47.所述一级摆盘11的具体尺寸与上表面的二级球面凹槽结构尺寸和中心冲头14的尺寸相关；
48.所述弹性元件15为弹簧，通过粘接的方式安装在一级摆盘11和方体16之间，其中，所述弹性元件15通过粘接的方式安装在方体16上方，与一级摆盘11处于接触状态；所述弹性元件15随着一级摆盘11相对于方体16的旋转摆动拉伸或压缩，并在无外力作用下实现一级摆盘11复位。
49.所述二级摆头2由二级摆盘21、二级球体22和二级球帽23组成；
50.所述二级球体22匹配铰接安装在一级摆盘11顶部二级凸头的二级球面凹槽内，并能在二级球面凹槽内自由转动，所述二级球帽23以螺纹连接的方式匹配安装在一级摆盘11顶部二级凸头上，将二级球体22沿垂直于一级摆盘11端面的方向限位固定在一级摆盘11，使二级球体22始终在一级摆盘11上可靠旋转；
51.所述二级摆盘21固定安装在二级球体22上，随二级球体12相对于一级摆盘11自由旋转摆动；所述二级摆盘21的顶面为与加工成形的曲面件相匹配的大曲率球面结构；
52.如图3a和图3b所示，所述二级摆头2呈环状阵列均匀分布在中心冲头14圆周外侧的一级摆头1的一级摆盘11上，所述二级摆头2的数量为四个、六个或更多；二级摆头2数量为四个时，二级摆头2尺寸小，中心冲头14尺寸大；二级摆头2数量为六个时，二级摆头2尺寸大，中心冲头14尺寸小。
53.随着一级摆盘11相对于方体16摆动，以及二级摆盘21相对于一级摆盘11摆动，二级摆盘21顶面与中心冲头14冲头表面共同作用于曲面件，实现曲面件成形；
54.如图2所示，当一级摆头1旋转摆动至相对于方体16的最低位置，且一级摆头1和二级摆头2均处于最大的摆动角度，弹性元件15处于最大变形状态，通过观察可以发现所述成形单元相对于现有技术中的固定摆头具有更大的成形面积以及成形曲率。
55.为清楚、完整地描述本发明的具体工作情况，如图4所示，以加工一个曲面件3为例，阐述本发明的具体工作过程及效果如下：
56.首先，加工曲面件3前，可根据不同部位成形单元对应的曲面件3处的曲率半径的变化，上下移动调整一级摆头1的方体16的位置，进而调节各个成形单元的整体高度。
57.接着，放入待成形的板料，并上下合模，以凸模为例，如图4所示，曲面件3中心部分的曲率小，二级摆头2与一级摆头1的摆动角度小，一级摆盘11下降的距离小，并能够有效与曲面件3接触；曲面件3的边界部分曲率大，对应的成形单元的二级摆头2和一级摆头1的摆动角度大，且一级摆盘11下降的距离多，且二级摆头2和中心冲头14与曲面件3接触充分，过渡更加平滑。
58.最后，开模，取出加工好的曲面件3。
59.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
60.以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。