专利名称：使用摆头单元的多点成形装置的制作方法
技术领域：
使用摆头单元的多点成形装置是用于板类件三维曲面成形的塑性加工设备，属于机械工 程领域。
背景技术：
多点成形装置是用于板类件三维曲面成形的柔性加工设备，能够实现柔性成形与数字化 制造。多点成形时，采用很多高度可调整的基本体单元形成具有三维曲面形状的成形面，代 替传统模具进行板类零件的曲面成形。为了能够实现不同形状板类件的柔性成形，使得多点 成形装置具有通用性，基本体单元的头部一般设计成球形曲面。如果基本体单元头部的球形 曲面曲率半径较小，就会导致被加工板材与基本体单元头部的接触面积比较小，在成形时被 加工板材容易产生压痕和起皱等缺陷；如果基本体单元头部的球形曲面曲率半径较大，虽然 可以增加被加工板材与基本体单元头部的接触面积，在一定程度上减缓压痕和起皱等缺陷的 产生，但导致被加工板材与基本体单元的接触点偏离基本体单元中心的距离增加，影响成形 件的精度与质量，不适合压制变形程度较大的工件。
发明内容
本发明的目的在于改变多点成形时容易在被加工板材上留下压痕、铍纹等缺陷的现状， 提供一种使用摆头单元的多点成形装置，显著减少成形过程中产生的压痕、皱纹等缺陷，提 高板材的成形效果。本发明的上述目的是这样实现的，结合
如下一种使用摆头单元的多点成形装置，主要由基本体群、基本体调整机构和加载机构组成， 所述的基本体群由具有摆头功能的基本体单元组成，具有摆头功能的基本体单元包括摆头盘2、钢球3、支撑座4及弹性元件，钢球3放置在摆头盘2与支撑座4之间，摆头盘2顶面 设计成具有较大曲率半径的球形曲面或平面，所述的弹性元件柔性联接支撑座4、钢球3及 摆头盘2，摆头盘2可绕钢球3自由摆头，并可以在卸载后复位。所述的弹性元件采用一种由聚氨酯材料制造的聚氨酯套1，聚氨酯套1将钢球3和摆头 盘2包容在一起，并联接在支撑座4上。所述的聚氨酯套1可采用筒形或波纹形结构。所述的聚氨酯套1的筒形壁上可设有多个孔。所述的聚氨酯套1与支撑座4的联接方式可采用卡簧5锁紧，所述的卡簧5采用一套两 件的半圆形结构，半圆形结构的端头带有卡钩，并通过卡钩相互锁紧。所述的弹性元件采用一种螺旋弹簧6，所述的螺旋弹簧6将摆头盘2、钢球3和支撑座 4联接在一起，螺旋弹簧6的两个端头可以带有卡钩。所述的螺旋弹簧6与支撑座4之间，螺旋弹簧6与摆头盘2之间可采用卡簧5锁紧，所 述的卡簧5采用一套两件的半圆形结构，半圆形结构的端头带有卡钩，并通过卡钩相互锁紧。所述的摆头盘2、钢球3、支撑座4和螺旋弹簧6中一种或多种零件的材料可采用钛合 金材料制作。本发明所述的使用摆头单元的多点成形装置由基本体群、基本体调整机构和加载机构组 成。基本体群由具有摆头功能的基本体单元组成。具有摆头功能的基本体单元由摆头盘、钢 球、支撑座及弹性元件组成。摆头盘与被加工板材接触(直接接触或间接接触)的部位设计 成具有较大曲率半径的球形曲面或平面，保证基本体单元与被加工板材之间的较大接触面 积。钢球放置在摆头盘与支撑座之间，使摆头盘在板材成形过程中随板材的变形而转动，改 变摆头盘的角度和与被加工板材的接触点，产生摆头效果；同时尽量减少成形时的接触点与 基本体单元中心的偏离量。弹性元件用于柔性联接支撑座、钢球及摆头盘，使摆头盘自由摆 头，并可以在卸载后使摆头盘复位。弹性元件可以是使用聚氨酯材料制造的聚氨酯套，使用 这种聚氨酯套将钢球与摆头盘包容在一起，并联接在支撑座上。聚氨酯套的筒形部分可以设 置很多横向的长孔，用于明显增加聚氨酯套的伸縮量，提高摆头单元的摆头效果。聚氨酯套 的筒形部分还可以采用圆环形或螺旋形的波纹结构，明显增加聚氨酯套的伸縮量，提高摆头 单元的摆头效果。聚氨酯套与支撑座的联接可以采用聚氨酯套与支撑座的自身结构锁紧；也 可以采用具有钩状结构的、两件一套的卡簧，通过钩状结构互相锁紧。弹性元件还可以是采 用弹簧钢丝缠绕而成的螺旋弹簧，使用这种螺旋弹簧把摆头盘、钢球及支撑座联接在一起。 如果在螺旋弹簧的两个端部都带有卡钩，并且在摆头盘与支撑座的相应部位钻有固定孔，可 以更好的联接摆头盘与支撑座。如果使用钛合金代替钢材加工摆头盘、钢球、支撑座及螺旋 弹簧中一种或几种零件，可以减少摆头单元的传热，将多点成形装置用于热态工件的成形， 实现板材的热塑性加工。技术效果使用摆头单元的多点成形装置，与其它的多点成形装置相比，能够大幅度的 增加基本体单元头部的球形曲面曲率半径，显著增加基本体单元与被加工件的接触面积，减 小接触点离基本体单元中心的距离，从而减少成形过程中产生的压痕、皱纹等缺陷。如果使 用钛合金材料代替钢材加工摆头盘等零件，并且使用螺旋弹簧联接摆头盘、钢球和支撑座， 还能够用于成形热态工件，实现板材的热加工。
图1是采用具有平面形头部聚氨酯套的摆头单元示意图； 图2是采用卡簧锁紧聚氨酯套的摆头单元示意图；图3是分离状态的卡簧示意图，其中，图3(a)是卡簧的上半部分，图3(b)是卡簧的下半 部分；图4是锁紧状态的卡簧示意图；图5是采用具有球面形头部聚氨酯套的摆头单元示意图；图6是采用带孔聚氨酯套的摆头单元示意图；图7是采用波纹结构聚氨酯套的摆头单元示意图；图8是采用螺旋弹簧的摆头单元示意图；图9是采用螺旋弹簧并用卡簧锁紧的摆头单元示意图；图IO是采用带卡钩螺旋弹簧的摆头单元示意图；图11是带卡钩的螺旋弹簧示意图，其中，图ll(a)是带卡钩的螺旋弹簧的主视图，图ll(b) 是图ll(a)的俯视图；图12是支撑座与导向柱采用卡环联接的示意图； 图13是支撑座与导向柱采用螺纹联接的示意图； 图14是支撑座与导向柱采用圆柱销联接的示意图。图中1.聚氨酯套2.摆头盘3.钢球4.支撑座5.卡簧6.螺旋弹簧7.导向 柱8.卡环9.圆柱销
具体实施例方式下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及工作过程。 使用摆头单元的多点成形装置与其它多点成形装置相比，主要的不同点是其基本体单元 具有摆头功能。图l是采用聚氨酯套l为弹性元件的摆头单元示意图，主要由聚氨酯套l、摆头盘2、钢球3和支撑座4组成；聚氨酯套1头部和摆头盘2顶面都采用平面结构；聚氨 酯套1与支撑座4通过自身结构锁紧；聚氨酯套1的锁紧部位加工成圆环槽结构，这种结构 使得聚氨酯套1锁紧部位弹性更好，装配起来更加容易。图2与图1的区别是聚氨酯套1与 支撑座4通过带钩卡簧5来锁紧；带钩卡簧一套两件，通过钩状结构相互锁紧，参阅图3和 4所示；这种锁紧方式能更牢固的联接聚氨酯套1和支撑座4;采用带钩卡簧5的锁紧方式适用于各种采用聚氨酯为弹性元件的摆头单元。图5中聚氨酯套1头部和摆头盘2顶面都采 用球面结构；聚氨酯套1的锁紧部位采用实心圆环结构，这种结构的弹性稍差，装配起来稍 有困难，但装配之后使得聚氨酯套1与支撑座4联接更加牢固。当然，聚氨酯套l的锁紧部 位也可以采用圆环槽结构。图6中聚氨酯套1采用了带孔的结构，共有7排孔，这种结构能 够明显的增加聚氨酯套1的伸縮性，提高摆头单元的摆头效果。在实际应用中孔的排数越多， 聚氨酯套1的伸缩性越好，摆头单元的摆头效果越好。聚氨酯套1头部和摆头盘2顶面可以 采用平面结构，也可以采用球面结构。图7中聚氨酯套1采用波纹结构，波纹数为4个，其 作用也是增加聚氨酯套1的伸縮性，提高摆头单元的摆头效果。在实际应用中波纹个数越多， 聚氨酯套1的伸縮性越好，摆头单元的摆头效果越好；聚氨酯套1头部和摆头盘2顶面采用 了球面结构，也可以采用平面结构。图8是采用螺旋弹簧6为弹性元件的摆头单元示意图， 主要由摆头盘2、钢球3、支撑座4和螺旋弹簧6组成；摆头盘2顶面采用球面结构，也可以采用平面结构；螺旋弹簧6与摆头盘2和支撑座4通过自身结构进行联接。图9与图8的 区别是螺旋弹簧6与摆头盘2以及螺旋弹簧6和支撑座4采用带钩卡簧5进行联接。图10 中螺旋弹簧6采用端部带卡钩的结构，并且在摆头盘2和支撑座4的相应位置钻孔，其作用 是更好的实现螺旋弹簧6与摆头盘2和支撑座4的联接；带卡钩螺旋弹簧6参阅图11所示; 摆头盘2顶面采用平面结构，也可以采用球面结构。每一个摆头单元都需要与导向柱7进行联接，从而实现摆头单元的上下移动。摆头单元 通过支撑座4与导向柱7进行联接。图12中支撑座4与导向柱7是采用卡环8联接的。图 13中支撑座4与导向柱7是采用螺纹联接的。图14中支撑座4与导向柱7是采用圆柱销9 联接的。下面举例说明使用摆头单元的多点成形装置成形板类件时的工作过程。首先，通过调整 机构将具有摆头功能的基本体群调整为所需要的形面；然后，通过加载机构对被加工的板类 件进行加载，在加载过程中板材与具有摆头功能的基本体单元接触，由于摆头单元可以向空 间任意方向摆动，所以任意一个摆头单元都会适应板材的变形趋势进行摆头从而保持与板材 的大面积的接触；最后，卸载并取出工件，每一个摆头单元在弹性元件的作用下又回复原位。以图7为例来说明单个摆头单元的工作过程。板材在一定的压力下与摆头单元进行接 触，板材的变形会对摆头单元产生作用力，这种作用力会作用在聚氨酯套1头部和摆头盘2 上。由于聚氨酯套1具有伸縮性，会使摆头盘2在聚氨酯套1的包容下沿钢球3的球面具有 任意方向的自由度，所以板材变形对摆头单元的作用力会使聚氨酯套1 一侧的波纹伸长而对 应的另一侧波纹縮短，从而使摆头盘2转动以适应板材的变形。当成形结束卸载后，摆头单 元不再受到板材的作用力，就会在聚氨酯套1的弹性作用下回复原位。使用摆头单元的多点成形装置增大基本体单元与板材的接触面积，并能适应板材的变形 趋势，从而显著的减少成形过程中的压痕和起皱等缺陷的产生，提高工件的成形质量。
权利要求
1.一种使用摆头单元的多点成形装置，主要由基本体群、基本体调整机构和加载机构组成，其特征在于所述的基本体群由具有摆头功能的基本体单元组成，具有摆头功能的基本体单元包括摆头盘(2)、钢球(3)、支撑座(4)及弹性元件，钢球(3)放置在摆头盘(2)与支撑座(4)之间，摆头盘(2)顶面设计成具有较大曲率半径的球形曲面或平面，所述的弹性元件柔性联接支撑座(4)、钢球(3)及摆头盘(2)，摆头盘(2)可绕钢球(3)自由摆头，并可以在卸载后复位。
2. 根据权利要求1所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的弹性元件 采用一种由聚氨酯材料制造的聚氨酯套(1)，聚氨酯套(1)将钢球(3)和摆头盘(2)包 容在一起，并联接在支撑座(4)上。
3. 根据权利要求2所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的聚氨酯套 (1)可采用筒形或波纹形结构。
4. 根据权利要求2所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的聚氨酯套 (1)的筒形壁上设有多个孔。
5. 根据权利要求2所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的聚氨酯套 (1)与支撑座(4)的联接方式可采用卡簧(5)锁紧，所述的卡簧(5)采用一套两件的半圆形结构，半圆形结构的端头带有卡钩，并通过卡钩相互锁紧。
6. 根据权利要求1所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的弹性元件 采用一种螺旋弹簧(6)，所述的螺旋弹簧(6)将摆头盘(2)、钢球(3)和支撑座(4)联 接在一起。
7. 根据权利要求6所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的螺旋弹簧 的两个端头可以带有卡钩。
8. 根据权利要求6或7所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的螺旋 弹簧(6)与支撑座(4)之间，螺旋弹簧(6)与摆头盘(2)之间可采用卡簧(5)锁紧， 所述的卡簧(5)采用一套两件的半圆形结构，半圆形结构的端头带有卡钩，并通过卡钩相 互锁紧。
9. 根据权利要求6或7所述的使用摆头单元的多点成形装置，其特征在于所述的摆头 盘(2)、钢球(3)、支撑座(4)和螺旋弹簧(6)中一种或多种零件的材料可采用钛合金材 料制作。
全文摘要
本发明的使用摆头单元的多点成形装置涉及一种用于板类件三维曲面成形的塑性加工设备，属于机械工程领域。其目的是提高在多点成形中被加工件的成形质量，提供高性能的多点成形装置。该装置主要由基本体群、基本体调整机构和加载机构组成，所述的基本体群由具有摆头功能的基本体单元组成，具有摆头功能的基本体单元包括摆头盘(2)、钢球(3)、支撑座(4)及弹性元件，所述的弹性元件采用聚氨酯套(1)或螺旋弹簧(6)，钢球(3)放置在摆头盘(2)与支撑座(4)之间，聚氨酯套(1)头部和摆头盘(2)顶面设计成具有较大曲率半径的球形曲面或平面，所述的弹性元件柔性联接支撑座(4)、钢球(3)及摆头盘(2)，摆头盘(2)可绕钢球(3)自由摆头，并可以在卸载后复位。
文档编号B29C43/32GK101323158SQ20081005096
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者付文智, 刘纯国, 崔相吉, 李明哲, 胡志清, 蔡中义, 邓玉山, 振 隋, 龚学鹏 申请人:吉林大学