一种外调形式数控快速可重构型面模具及其成形方法与流程

1.本发明属于柔性成形制造技术领域，具体涉及一种外调形式数控快速可重构型面模具及其成形方法。


背景技术：

2.柔性多点成形是将整体模具离散化，通过控制分散规则排列的基本体(或冲头)的z方向的位置坐标，进行板料快速成形的方法。
3.经过多年发展，柔性多点成形技术与数字化制造技术相结合，利用计算机控制分散规则排列的基本体形成上、下成型面，通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出成型面，实现板材的三维曲面成型。
4.现有技术中，结合板料成形的特点，“板材多点成形装置(zl02273508.9)”、“基于多点可重构模具的复合材料曲面热压成型方法(zl201510102729.4)”以及“一种便携式单模柔性成形设备(zl 201911263521.5)”等公开的技术方案实现了从金属板料到复合材料板件的柔性加工，成形方式也得到较大改进。
5.但是，由于上述现有技术中，多点成形设备的成形模具均采用内置电机，在驱动基本体调形过程中存在以下技术问题：
6.1、内置的电机占用基本体的运动空间，间接占用成形设备的成形空间较大，致使基本体的操作空间较小，经常出现安装、维修不便等问题。
7.2.采用内置电机的成形设备加工复合材料的过程中，由于复合材料成形过程中需要加热，而长时间的加热会使电机出现丢磁、损坏的问题，影响成形精度，甚至影响设备正常使用。
8.3.为了避免上述内置电机所带来的技术缺陷，本领域通过内置固定模块的方式取代内置电机，但是采用内置固定模块的多点模具，每次加工不同材质或形状板料时都需要重新制作相匹配的内置模块，加工成本较高。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具及其成形方法，通过外部驱动调形，增大基本体的运动空间范围，设备使用维护成本更低，设备稳定性更好，成形精度更高。
10.结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
11.本发明公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具及成形方法，包括：成形模块、模具箱体以及调形机构，所述调形机构为外置调形机构，对应安装在成形模块上方，由调形杆组件、电机和滑动导轨组件组成，所述调形杆组件滑动连接在滑动导轨组件的导轨上，电机的输出端与调形杆组件同轴连结；
12.所述成形模块由若干结构相同的基本体单元排布组成，基本体单元下端安装在模具箱体内，基本体单元上端与调形杆组件下端相匹配，且基本体单元上端相对于基本体单
元下端之间的高度可调；
13.在所述电机的带动下，调形杆组件运动至指定的基本体单元上方，调形杆组件下端与基本体单元上端匹配连结，在调形杆组件下端的力作用下，调节基本体单元上端相对于基本体单元下端的高度。
14.进一步地，所述基本体单元由冲头、z向行程调节体和固定螺杆组成；
15.所述冲头安装在z向行程调节体顶部，所述z向行程调节体与固定螺杆同轴套装并螺纹连接。
16.更进一步地，所述冲头为固定式冲头或摆动式冲头；
17.所述固定螺杆为实心或空心结构。
18.更进一步地，所述固定螺杆为空心结构，且内部设置有加热棒。
19.更进一步地，所述调形杆组件由上调形杆、弹性连接单元和下调形杆组成；
20.所述上调形杆上端与电机同轴旋转连接，下调形杆同轴旋转连接在上调形杆下端，且下调形杆与上调形杆沿轴向滑动连接；
21.所述弹性连接单元沿轴向设置在上调形杆与下调形杆之间；
22.所述下调形杆下端设有连接帽，所述连接帽罩置于冲头外侧并与z向行程调节体顶部匹配连接实现同步旋转。
23.更进一步地，下调形杆下端的连接帽与z向行程调节体顶部通过矩形齿槽匹配连接。
24.更进一步地，所述弹性连接单元为弹簧或橡胶。
25.进一步地，所述模具箱体由围板、底板和底座组成；
26.所述围板固定在底板顶部四周，底座固定在底板底部；
27.所述滑动导轨组件固定安装在围板上；
28.所述基本体单元下端固定在底板上。
29.本发明还公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具的成形方法，所述成形方法具体如下：
30.s1：在模具箱体内组装成形模块，确定所有基本体单元均处于初始状态；
31.s2：将外置调形单元安装在模具箱体上方，控制调形杆组件沿滑动导轨组件移至待调形面在水平方向上的初始坐标位置处，调形杆组件与对应的基本体单元上端相对接；
32.s3：启动电机并驱动调形杆组件运动，控制调节基本体单元上端相对于基本体单元下端的高度后，关闭电机，完成初始坐标下对应基本体单元的调形工作；
33.s4：控制调形杆组件沿滑动导轨组件移至待调形面在水平方向上的下一坐标位置处，重复上述步骤s3，完成相应坐标下对应基本体单元的调形工作；
34.s5：重复上述步骤s4，直至完成整个形面的调节，使成形模块形成完整的模面；
35.s6：将外置调形单元从模具箱体上方拆除，并将装有成形模块的模具箱体安装在成形设备上；
36.s7：放入代加工的板料，降下成形设备；
37.s8：待板料加工完毕后，升起成形设备，取出板料工件。
38.进一步地，所述步骤s7中，放入代加工的板料，降下成形设备后，启动外部热源，使基本单元体内部设置的加热棒通电加热。
39.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
40.1、本发明所述外调形式数控快速可重构型面模具采用外置调形机构，用于调形的电机置于模具箱体外部，相比于占用模具箱内部大量调形空间的内置电机，本发明所述模具的箱体内部调形空间更大，传统设备由内置电机所占用的空间也被等效转换为模具的调形操作空间，设备所加工成形的曲面件曲率范围随之扩大。
41.2、本发明所述外调形式数控快速可重构型面模具将调形机构外置，使得模具箱体整体的重量大大降低，电机外置使得维护、修理电机的难度也大大降低。
42.3、本发明所述外调形式数控快速可重构型面模具将调形机构外置，整个成形过程采用外部调形的方式进行调形，由于用于调形的电机外移，使得模具箱内部对成形模块的调形操作空间更加充裕，成形模块内的基本体单元因适应成形要求而重新组装的难度大大降低，使得成形单元内的基本体单元的组合方式更多，成形加工范围也更加广泛，即可以加工金属板料，也可以加工复合材料。
43.4、本发明所述外调形式数控快速可重构型面模具由于采用外置调形机构，一方面：用于调形的电机置于模具箱外部，与模具箱保持一定距离；另一方面：模具箱内部空间得到释放，通过在成形模块的基本体单元内部设置加热棒，实现基本体单元一对一的原位加热；当加工复合板料时，在加热工序中，不需要将模具放置于烘箱中加热，避免了传统成形设备在加热过程中，内置电机出现丢磁、失准、损坏的情况发生，设备的稳定性更好，加工成形精度也更高。
附图说明
44.图1为本发明外调形式数控快速可重构型面模具的结构示意图；
45.图2为本发明所述模具中，外置调形机构的调形杆组件结构示意图；
46.图3为本发明所述模具中，外置调形机构调整一个基本体单元示意图；
47.图4为本发明所述模具中，外置调形机构调整另一个基本体单元示意图；
48.图5为本发明所述模具中，第一种基本体单元结构示意图；
49.图6为本发明所述模具中，第二种基本体单元结构示意图；
50.图7为本发明所述模具中，第三种基本体单元结构示意图；
51.图中：
52.1-成形模块，
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2-模具箱体，
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3-外置调形机构；
53.11-冲头，
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12-z向行程调节体，
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13-固定螺杆，
54.14-加热棒；
55.21-围板，
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22-底板，
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23-底座；
56.31-调形杆组件，
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32-电机，
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33-滑动导轨组件
57.311-上调形杆，
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312-弹性连接单元，
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313-下调形杆。
具体实施方式
58.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：
59.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。
60.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。
61.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。
62.实施例一：
63.本实施例一公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具，如图1所示，所述成形模具包括：成形模块1、模具箱体2和外置调形机构3；其中，所述成形模块1设置在模具箱体2内，外置调形机构3设置在模具箱体2外侧上方，并正对着所述成形模块1。
64.所述成形模具的各组成部分结构及连接关系具体如下：
65.如图1所示，所述成形模块1由若干呈矩阵排列的基本体单元组成，所述基本体单元沿z向竖直设置，包括：冲头11、z向行程调节体12以及固定螺杆13；其中，所述冲头11连接在z向行程调节体12顶部，所述z向行程调节体12为中空筒状，沿z向行程调节体12顶部边缘均匀开有一圈开口向上的类似于花键状的矩形齿槽，z向行程调节体12内侧壁开有与固定螺杆13相匹配连接的内螺纹；所述固定螺杆13同轴套置在z向行程调节体12内侧，并与z 向行程调节体12螺纹连接，当固定螺杆13相对固定后，通过旋转z向行程调节体12从而调节其沿轴线直线运动；所述固定螺杆13下端设有与模具箱体2 的底板22固定连接的固定连接部，呈矩阵排列的基本体单元通过固定连接部固定安装在模具箱体2的底板22上，其自由度为0，在调形过程中，固定螺杆13 主要起轴向支撑作用。
66.本实施例一中，所述基本体单元有多种结构设计，其中：
67.如图5所示，所述基本体单元的第一种结构为：位于z向行程调节体12 顶部的冲头11为固定式冲头，即所述冲头11固定安装在z向行程调节体12 顶部，本实施例一中，固定式冲头的顶部冲压面为球面，固定式冲头适合压痕、凹坑不易出现的厚板类零件板材加工；所述固定螺杆13为实心柱结构；第一种结构设计的基本体单元适用于对厚金属板材的冷成型加工。
68.如图6所示，所述基本体单元的第二种结构为：位于z向行程调节体12 顶部的冲头11为摆动式冲头，即所述冲头11在一定摆角范围内摆动连接(铰接)在z向行程调节体12顶部，本实施例二中，摆动式冲头的顶部冲压面为平面，摆动式冲头适合易于压出凹坑、压痕
等薄板类或复合材料类等零件板材加工；所述固定螺杆13为空心筒结构；第二种结构设计的基本体单元适用于对厚金属板材的冷成型加工。
69.如图7所示，所述基本体单元的第三种结构为：位于z向行程调节体12 顶部的冲头11为摆动式冲头，即所述冲头11在一定摆角范围内摆动连接(铰接)在z向行程调节体12顶部；本实施例三中，摆动式冲头的顶部冲压面为平面；所述固定螺杆13为空心筒结构，且在空心的固定螺杆13内部设有加热棒14，所述加热棒14为电加热式加热棒，加热棒14与基本体单元外部电源电连接，实现通电发热；第三种结构设计的基本体单元适用于对复合材料板材进行热压成形。
70.基于以上基本体单元结构设计，各组成结构自由选择与结合的特性，使得由基本体单元组成的成形模块的加工范围更加广泛。
71.如图1所示，所述模具箱体2包括：围板21、底板22和底座23；其中，所述底板22为矩形板，围板21竖直设立并围绕固定安装在底板22顶部四周，形成用于设置安装成形模块的相对独立封闭空间，底板22上与组成成形模块的基本体单元一一对应地开有安装孔位，用于基本体单元的固定螺杆13在底板 22上的匹配安装；所述底座23固定安装在底板22的底部四角位置，以为模具箱体2，乃至整个设备提供可靠支撑。
72.如图1所示，所述外置调形机构3包括：调形杆组件31、电机32以及滑动导轨组件33；其中，所述滑动导轨组件33可拆卸地安装在模具箱体2上方，本实施例一中，所述滑动导轨组件33的四周底部对应安装在模具箱体2的围板 21上；滑动导轨组件33的滑轨位于模具箱体2内的成形模块正上方；电机32 滑动连接在滑动导轨组件33的滑轨上，并沿滑轨在水平方向上直线滑移；所述调形杆组件31竖直连接在电机32下方，并在电机32的带动下，沿滑动导轨组件33的滑轨在水平方向上直线滑移。
73.如图2所示，所述调形杆组件31由上调形杆311、弹性连接单元312以及下调形杆313组成；其中，上调形杆311为中空结构，上调形杆311上端设有与电机32输出端通过联轴器相连接的电机连接部，上调形杆311下部开口，下调形杆313上部置于上调形杆311空腔内，并能沿上调形杆311轴向滑动，下调形杆313上部设有与上调形杆311底部开口向干涉的外沿，以实现行程端点限位；上调形杆311与下调形杆313之间设有键连接结构，以实现圆周方向上的动力传递；所述弹性连接单元312置于上调形杆311空腔内，弹性连接单元 312一端顶靠在上调形杆311内侧上部，另一端顶靠在下调形杆313外侧上部，在无外力的自由状态下，在弹性连接单元312弹力预紧下，下调形杆313被顶压在上调形杆311下端，而在轴向外力作用下，下调形杆313克服弹性连接单元312弹力沿轴向运动，一旦外力减小或消失，下调形杆313将再次在弹性连接单元312弹力作用下被顶回至上调形杆311下端，以此实现上调形杆311与下调形杆313之间的弹性伸缩；
74.本实施例一中，所述弹性连接单元312采用螺旋弹簧，也可以采用橡胶等其他弹性元件；
75.所述下调形杆313的下端设有连接帽，所述连接帽罩置在成形模块的基本体单元顶部，连接帽的底部边缘均匀开有一圈开口向下的类似于花键状的矩形齿槽，所述连接帽底部边缘的矩形齿槽与z向行程调节体12顶部边缘的矩形齿槽相匹配啮合，实现圆周方向限位；
76.如图3和图4所示，上述外置调形机构3中，当调形杆组件31在电机32 的带动下运
动至某一个基本体单元的正上方，调形杆组件31的下调形杆313 与基本体单元的z向行程调节体12通过矩形齿实现圆周限位，在电机32的驱动下，下调形杆313带动z向行程调节体12旋转，进而调节z向行程调节体 12沿轴向升降，最终实现冲头11的z向高度调节，调节过程中，下调形杆313 克服弹性连接单元312弹力，在上调形杆311空腔内上下运动。
77.实施例二
78.本实施例二公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具的成形方法，所述成形方法通过采用上述实施例一种所述的外调形式数控快速可重构型面模具实现。
79.本实施例二所述成形方法用于加工厚板类工件，具体过程如下：
80.a1：组装成形模块，将固定式的冲头11、z向行程调节体12、实心结构的固定螺杆13组合连接成基本体单元并固定安装在底板22上，确保成形模块 1的所有基本体单元均处于高度为0的初始状态；
81.a2：将外置调形单元3安装在模具箱体2上方，控制调形杆组件31随电机32沿滑动导轨组件33移至待调形面在水平方向上的初始坐标(0,0)位置处，调形杆组件31的下调形杆313连接帽罩置在固定式的冲头11上，并通过矩形齿与z向行程调节体12沿圆周方向限位连接；
82.a3：启动电机32，下调形杆313在电机32的驱动下，带动z向行程调节体12旋转，实现z向行程调节体12沿轴向升降，进而调节冲头11的z向高度，关闭电机，完成初始坐标下对应基本体单元的调形工作；
83.a4：控制调形杆组件31随电机32沿滑动导轨组件33移至待调形面在水平方向上的下一坐标位置处，重复上述步骤a3，完成相应坐标下对应基本体单元的调形工作；
84.a5：重复上述步骤a4，直至完成整个形面的调节，使成形模块1形成完整的模面，并根据实际需要，分别完成用于成形的上、下模对应的多点成形设备调形工作；
85.a6：分别将上、下模对应的多点成形设备的外置调形单元3拆除，将装有成形模块1的模具箱体2分别安装在成形设备上；
86.a7：放入代加工的厚板，降下成形设备；
87.a8：待厚板加工完毕后，升起成形设备，取出厚板工件。
88.实施例三
89.本实施例三公开了一种外调形式数控快速可重构型面模具的成形方法，所述成形方法通过采用上述实施例一种外调形式数控快速可重构型面模具实现。
90.本实施例三所述成形方法用于加工复合材料板类工件，具体过程如下：
91.b1：组装成形模块，将固定式的冲头11、z向行程调节体12、实心结构的固定螺杆13组合连接成基本体单元并固定安装在底板22上，确保成形模块1 的所有基本体单元均处于高度为0的初始状态；
92.b2：将外置调形单元3安装在模具箱体2上方，控制调形杆组件31随电机32沿滑动导轨组件33移至待调形面在水平方向上的初始坐标(0,0)位置处，调形杆组件31的下调形杆313连接帽罩置在固定式的冲头11上，并通过矩形齿与z向行程调节体12沿圆周方向限位连接；
93.b3：启动电机32，下调形杆313在电机32的驱动下，带动z向行程调节体12旋转，实现z向行程调节体12沿轴向升降，进而调节冲头11的z向高度，关闭电机，完成初始坐标下对
应基本体单元的调形工作；
94.b4：控制调形杆组件31随电机32沿滑动导轨组件33移至待调形面在水平方向上的下一坐标位置处，重复上述步骤b3，完成相应坐标下对应基本体单元的调形工作；
95.b5：重复上述步骤b4，直至完成整个形面的调节，使成形模块1形成完整的模面，并根据实际需要，分别完成用于成形的上、下模对应的多点成形设备调形工作；
96.b6：分别将上、下模对应的多点成形设备的外置调形单元3拆除，将装有成形模块1的模具箱体2分别安装在成形设备上；
97.b7：铺好压痕抑制垫与复合材料板，降下成形设备，启动外部加热电源， z向行程调节体12内的加热棒14开始加热。
98.b8：待复合材料板加工完毕后，升起成形设备，取出复合材料板工件。
99.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。
100.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。