多点锤击柔性加工装置

1.本发明涉及机械工程领域，特别涉及一种多点锤击柔性加工装置，用于三维金属曲面件的成形加工。


背景技术：

2.金属三维曲面件在汽车、建筑、军事、家用电器、航空航天、医学等领用的应用比比皆是，其常用的加工方法为压力加工，需要配备专有的压力加工设备，成形过程中所需的压力通常较大，高达几十吨甚至成百上千吨，设备成本高、能耗大、操作繁琐，不具备通用性，且成形过程中容易出现起皱等成形缺陷，严重影响成形质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种多点锤击柔性加工装置，解决了现有技术存在的需要大型压力设备、生产成本高、小批量专用设备利用率不高、专有设备通用性差等问题。本发明是由多个冲头基体单元组成的板材柔性冲击加工装置，该装置成形板材无需使用压力加工设备，且可抑制成形过程中的起皱、开裂等成形缺陷。针对不同厚度、不同材质的三维曲面件，可通过调整电磁铁的电流，可改变冲头单元的初始速度，调节作用在板材表面的冲击载荷，提升质量，进而拓展该装置的通用性。
4.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：多点锤击柔性加工装置，包括计算机控制系统6、数控工作台1、垫模2、固定板3和多个冲头基体单元4，所述冲头基体单元4分别安装在固定板3上，且位置固定不动；垫模2的型面与成形件相配合，垫模2固定在数控工作台1上，根据数模加工需要随数控工作台1在平面内前后左右移动或沿着几何中心进行转动；数控工作台1和冲头基体单元4分别与计算机控制系统6相连，计算机控制系统6控制各冲头基本体单元4中的电磁铁a4-5和电磁铁b4-6的电流以及数控工作台1的移动；所述冲头基体单元包括冲头4-1、冲击块4-3、弹簧4-2、电磁铁a4-5和电磁铁b4-6，通过控制电流，使电磁铁a4-5和电磁铁b4-6极性相反，电磁铁a4-5瞬时将电磁铁b4-6加速弹开，使电磁铁b4-6带动冲头基体单元4获得瞬时加速，进而对板材表面产生锤击效果；冲头基体单元4中设置有冲击块4-3，冲击块4-3被加速后具有较大惯性，冲头4-1接触板材后，冲击块4-3对板材产生二次冲击，进而在板材表面产生二次锤击效果。
5.所述的冲头基体单元4呈矩阵分布，冲头基体单元4的数量及冲头4-1横截面尺寸决定一次成形区域的大小，冲头基体单元4位置固定不变，通过连续移动数控工作台1移动模具及板材位置，多个冲头基体单元连续锤击，可实现板材逐步连续变形，成形出不同三维曲面件。采用本发明装置成形板材，可在板材表面形成连续锤击效果，提高成形件疲劳强度，改善成形件内部缺陷，提升成形件寿命及质量。
6.所述的冲头基体单元4通过极性相反的两个电磁铁的磁力作用实现加速，或者通过弹性机械冲击机构或瞬时加速机构进行加速。
7.所述的多个冲头基体单元4呈方形矩阵分布，矩阵布置三排或三排以上。
8.所述的多个冲头基体单元4呈方形矩阵分布，或者呈圆形矩阵、环形矩阵、多边形矩阵或直线分布。
9.所述的多个冲头基体单元4均为独立控制，多个冲头基体单元4可整体同步运动，也可以每个冲头基体单元4独立运动，进而可实现不同成形工艺。
10.所述的冲头基体单元4中的电磁铁a、b的电流大小通过计算机控制系统6进行控制，实现电磁铁a、b作用在冲头4-1的初始冲击速度的改变，进而实现作用在板材表面的成形力的改变。
11.所述的冲头基体单元4中的冲头4-1的横截面为圆形、正方形或多边形。
12.所述的冲头基体单元4中的冲头4-1的材质为合金钢、有色金属合金、碳纤维、复合材料或塑料。
13.根据所述多点锤击柔性加工装置成形特点，通过调节电磁铁电流大小，可改变冲头基体单元作用在板材表面的冲击力，进而在不用压力加工设备试验的情况下，快速成形出不同料厚、不同材质、不同造型的三维曲面件，且可抑制起皱及开裂等成形缺陷。
14.本发明的有益效果在于：采用本发明的多点锤击柔性加工装置成形板材，成形时，多个冲头基体单元通过内部两电磁铁产生的电磁力，可使冲头加速向下运动，高速冲击板材，在板材表面产生局部锤击成形效果，成形过程无需使用压力加工设备，且可抑制成形过程中的起皱、开裂等成形缺陷，具有加工成本低、成形精度高、通用性强等优点。本装置可应用于不同材质、不同料厚、不同造型的三维曲面件，通过调整电磁铁的电流，可改变冲头单元的冲击速度，调节作用在板材表面的冲击载荷，提升质量，拓展该装置的通用性。采用本发明装置成形板材，可在板材表面形成连续锤击效果，提高成形件疲劳强度，改善成形件内部缺陷，提升成形件寿命及质量。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
16.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的冲头基体单元的结构示意图；图3为本发明的冲头的结构示意图；图4为本发明的冲头基体单元为矩形阵列的示意图；图5为本发明的冲头基体单元为圆形阵列的示意图。
17.图中：1、数控工作台；2、垫模；3、固定板；4、冲头基体单元；5、板材；6、计算机控制系统；4-1、冲头；4-2、弹簧；4-3、冲击块；4-4、缓冲聚氨酯；4-5、电磁铁a；4-6、电磁铁b。
具体实施方式
18.下面将结合附图，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。
19.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。
20.参见图1至图5所示，本发明的多点锤击柔性加工装置，无需配备专有压力加工设备，本发明中的冲头基体单元通过电磁铁加速后可获得较大的初始速度，接触板材后可在板材表面局部产生非常大的冲击力，进而使板材局部发生塑性变形，通过连续移动成形件位置，可分段、逐步的成形出不同形状三维曲面件；多点锤击柔性加工装置的成形方式类似于手工敲制成形，属于渐进成形，其每一次的成形区域较小，板材变形量较小，通过多次、反复的锤击，可有效抑制起皱及开裂等成形缺陷，提升成形品质。
21.所述的多点锤击柔性加工装置，包括计算机控制系统6、数控工作台1、垫模2、固定板3和多个冲头基体单元4，所述冲头基体单元4分别安装在固定板3上，且位置固定不动；垫模2的型面与成形件相配合，垫模2固定在数控工作台1上，根据数模加工需要随数控工作台1在平面内前后左右移动或沿着几何中心进行转动；数控工作台1和冲头基体单元4分别与计算机控制系统6相连，计算机控制系统6控制各冲头基本体单元4中的电磁铁a4-5和电磁铁b4-6的电流以及数控工作台1的移动。
22.冲头基体单元4在固定板3上呈矩形或圆形布置，通常布置3
×
3排以上（圆形阵列时为3圈以上），也可只布置3排。通过计算机控制系统6可控制各冲头中的电流，以及各冲头动作的同步性及先后顺序。
23.成形时，多个冲头基本体单元4通电后，通过计算机控制系统1使冲头基本体单元4中的电磁铁a4-5与电磁铁b4-6产生的磁性相同，使两磁铁产生瞬时排斥力，电磁铁b4-6带动冲头4-1向下加速，进而使多个冲头4-1在具有较高的瞬时速度的情况下向板材5进行冲击，在板材5表面产生局部锤击效果，使板材5局部产生塑性变形。冲头基体单元4中设置有冲击块4-3，冲击块4-3被加速后具有较大惯性，冲头4-1接触板材后，冲击块会4-3对板材5产生二次冲击，进而在板材5表面产生二次锤击效果。锤击完成后，通过计算机控制系统1使电磁铁b中的电流反向，电磁铁a4-5与电磁铁b4-6产生相反极性，电磁铁b4-6受电磁铁a4-5的吸引而向上复位。冲头基本体单元4复位的同时，计算机控制系统6控制数控工作台1带动垫模2转动一定角度，随后多个冲头基本体单元4再次对板材进行冲击。冲头基本体单元4及数控工作台1如此连续动作，即可在板材表面产生连续局部锤击成形，最终成形出与垫模服帖的是三维曲面件。
24.所述的多个冲头基体单元4均为独立控制，多个冲头基体单元4可整体同步运动，也可以每个冲头基体单元4独立运动，进而可实现不同成形工艺。比如：当冲头基体单元4呈矩形矩阵布置时，冲头4-1动作顺序可依次从左往右逐列运动，也可呈环形由外及里(或由里及外)逐渐运动，也可呈发散无规则随机先后运动。
25.图1是多点锤击柔性加工装置的示意图，点锤击柔性加工装置主要由计算机控制系统6、数控工作台1、垫模2、固定板3和多个冲头基体单元4等组成，多个冲头基体单元4在其内部电磁铁斥力的作用下，可在板材5表面产生局部锤击效果，使板材产生局部塑性变形。
26.图2是冲头基体单元4的示意图，冲头基体单元4主要由冲头4-1、弹簧4-2、冲击块4-3、缓冲聚氨酯4-4、电磁铁a4-5和电磁铁b4-6组成，电磁铁a4-5通过螺钉固定在固定板3上，电磁铁b4-6直接套在冲头4-1上，没通电时电磁铁a4-5与电磁铁b4-6之间没有作用力；
冲头4-1的头部为通过焊接的方式与其上方的杆件焊接为一体，在焊接前需将冲击块4-3和弹簧4-2在预压的状态下先行套入冲头4-1 杆子的下部，当头部与杆部焊接成一体后，弹簧4-2在预压产生的弹性力作用下将冲击块4-3顶死在其上方的台阶上，同时将电磁铁b4-6压紧在电磁铁a4-5表面；缓冲聚氨酯4-4套在冲头4-1最上方的台阶与固定板3之间，当冲头高速往下运动时，其会在冲头4-1最上方台阶与固定板3之间形成缓冲，防止冲头4-1和固定板3硬性冲击接触后出现损伤。
27.成形时电磁铁a4-5和电磁铁b4-6电流相反，二者产生排斥力，冲头4-1在电磁铁b4-6的作用下向下产生较高的初速度，进而在板材5表面产生冲击力，使板材5发生变形。
28.图3是冲头4-1的示意图，冲头整体为圆柱体，其头部为球面，冲头中部和尾部各有一个台阶，中部台阶用于冲击块4-3的限位，而尾部的台阶是用于冲头整体的行程限位，材质为合金钢。
29.图4是冲头基体单元4按照方形矩阵排列时的示意图，采用方形矩阵排列，可快速无间隙的对板材进行冲击成形，成形效率高。
30.图5是冲头基体单元4按照圆形矩阵排列时的示意图，采用圆形矩阵排列，各冲头之间的间隙小，成形表面质量较高。
31.以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。