本發(fā)明的被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置涉及一種用于板類件三維曲面成形的塑性加工設(shè)備，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置是大型板材三維曲面件的主要加工設(shè)備，主要應(yīng)用于航空航天、高速鐵路及異形建筑造型等領(lǐng)域中雙曲率三維曲面件的成形。傳統(tǒng)的板料拉伸成形裝置由于采用整體夾鉗，夾鉗夾持板材后在拉形模具的配合下，板材的各個(gè)部分沿縱向基本同步拉伸，鉗口夾持的板料端始終保持為固定的形狀，導(dǎo)致板料在橫向上不能隨模具型面主動(dòng)變形，在成形雙曲率曲面件時(shí)，曲面件的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布明顯不均勻，易產(chǎn)生不貼模、拉裂、起皺和滑移線等成形缺陷。為了消除缺陷，提高成形件質(zhì)量，近幾年開發(fā)出了基于多點(diǎn)離散化思想的柔性拉伸成形裝置，其采用離散夾鉗。柔性拉伸成形裝置主要由機(jī)架、夾料機(jī)構(gòu)和拉料機(jī)構(gòu)組成，機(jī)架的兩側(cè)分別布置著一排多個(gè)拉料機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)；拉料機(jī)構(gòu)分別由水平、垂直和傾斜布置三排液壓缸組成。成形板料時(shí)，通過分別控制三排液壓缸對(duì)板料加載，模具固定不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了板料的柔性拉伸成形，使板料應(yīng)力應(yīng)變分布均勻，減少缺陷。但由于柔性拉伸成形裝置采用了六排液壓缸，且均是主動(dòng)控制液壓缸伸縮，液壓缸都是主動(dòng)控制的，液壓缸和控制液壓閥的數(shù)量非常多；電氣元件非常多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，操作復(fù)雜，不易控制，而且柔性拉伸成形裝置造價(jià)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置，拉料機(jī)構(gòu)只用兩側(cè)各一排隨動(dòng)保壓液壓缸組成，與垂直加載缸配合實(shí)現(xiàn)板料三維曲面件的柔性拉伸成形，使成形件應(yīng)力應(yīng)變分布更均勻，提高拉形件質(zhì)量；成形板料時(shí)，首先兩側(cè)夾鉗加緊板料，再水平方向預(yù)拉板料，后通過主動(dòng)控制垂直加載機(jī)構(gòu)頂起模具，同時(shí)兩側(cè)隨動(dòng)保壓液壓缸(有桿腔保持一定液壓力)拉伸板材，隨著拉伸模具上升板材逐漸貼合模具，直至完全貼合模具為止。柔性拉伸成形裝置用一個(gè)主動(dòng)控制垂直加載機(jī)構(gòu)代替現(xiàn)在的主動(dòng)控制六排液壓缸(兩側(cè)的水平缸、傾斜缸及垂直缸)，因此主動(dòng)控制液壓缸數(shù)量和控制液壓閥的數(shù)量大幅減少，明顯降低柔性拉伸成形裝置制造成本；使柔性拉伸成形裝置電氣控制更加簡單，操作方便，實(shí)現(xiàn)板料拉伸成形過程的智能化自適應(yīng)精確控制。

本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置，主要由機(jī)架1、預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3、夾料機(jī)構(gòu)4和垂直加載機(jī)構(gòu)5組成，機(jī)架1的兩端分別連接有兩個(gè)水平預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、一排(多個(gè))隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4，其機(jī)架1中間位置布置一套垂直加載機(jī)構(gòu)5。預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2通過水平移動(dòng)條6與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3鉸接，水平移動(dòng)條6與水平固定于機(jī)架1上的導(dǎo)軌7滑動(dòng)配合。隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3與夾料機(jī)構(gòu)4連接，并與垂直加載機(jī)構(gòu)5柔性連接，垂直加載機(jī)構(gòu)5的工作臺(tái)(5-2)上面安裝拉伸成形用模具。

所述的預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2一端鉸接于機(jī)架1，另一端與水平移動(dòng)條6鉸接，且在導(dǎo)軌7的作用下只能水平移動(dòng)；所述的導(dǎo)軌7水平固定于機(jī)架1上，水平移動(dòng)條6在導(dǎo)軌7上水平移動(dòng)，保證預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2水平移動(dòng)。

所述的隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3由液壓缸缸體3-1、液壓缸活塞桿3-2、插裝閥3-3、比例溢流閥3-4和比例換向閥3-5構(gòu)成；所述的插裝閥3-3作為比例溢流閥的先導(dǎo)閥，起到放大流量的作用；所述的比例溢流閥3-4用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制液壓缸有桿腔壓力，拉伸成形時(shí)只有液壓缸有桿腔液壓力達(dá)到比例溢流閥設(shè)定壓力，才被動(dòng)打開溢流，液體通過插裝閥回油箱，當(dāng)垂直加載機(jī)構(gòu)上升時(shí)隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)的液壓缸活塞桿才能被動(dòng)拉出(伸出)并保持拉形力準(zhǔn)恒定；所述的比例換向閥3-5通過改變電流的正負(fù)或大小控制液壓缸的伸出或縮回及其移動(dòng)速度。

所述的垂直加載機(jī)構(gòu)5主要由液壓缸5-1、工作臺(tái)5-2、阻尼支撐裝置5-3構(gòu)成；所述的液壓缸5-1是垂直加載機(jī)構(gòu)5的主體，能夠帶動(dòng)工作臺(tái)5-2和拉伸成形用模具一起上升或下降；所述的阻尼支撐裝置5-3一端鉸接于工作臺(tái)5-2上，另一端與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3柔性連接，拉深成形結(jié)束后，當(dāng)夾鉗松開拉伸件后，阻尼支撐裝置支撐隨動(dòng)保壓液壓缸不至于掉落下來，當(dāng)液壓缸5-1帶著工作臺(tái)下落時(shí)，隨動(dòng)保壓液壓缸緩慢恢復(fù)為水平狀態(tài)。

所述的拉伸成形用模具采用整體實(shí)體模具8，或采用多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具9。

所述的機(jī)架1左右兩側(cè)的預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4之間距離可調(diào)；所述的隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4的數(shù)量同時(shí)增加或減少。

技術(shù)效果：本發(fā)明的被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置，將垂直加載機(jī)構(gòu)與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制一體化，達(dá)到柔性拉伸三維曲面件成形之目的；與傳統(tǒng)拉形機(jī)相比，通過采用隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)和離散式夾鉗，能夠?qū)崿F(xiàn)板料的柔性拉伸成形，使板料成形過程中應(yīng)力和應(yīng)變分布均勻，減少成形件缺陷，提高成形件質(zhì)量。與現(xiàn)有的柔性拉形機(jī)相比，本發(fā)明的拉形機(jī)的工作原理和過程與其明顯不同，現(xiàn)有的柔性拉形機(jī)的拉料過程是先水平缸伸出—夾鉗夾料—水平缸預(yù)拉—主動(dòng)控制垂直和傾斜液壓缸或水平缸縮回成形，而本發(fā)明的柔性拉形機(jī)是隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)伸出—夾鉗夾料—預(yù)拉機(jī)構(gòu)預(yù)拉—垂直加載機(jī)構(gòu)加載—隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)被動(dòng)伸出成形(一排隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)保持準(zhǔn)恒定壓力)，并能夠依據(jù)拉伸模具形狀自協(xié)調(diào)工作；現(xiàn)有的柔性拉形機(jī)需主動(dòng)控制六排液壓缸，而本發(fā)明的拉形機(jī)只用兩排液壓缸，而且是非主動(dòng)控制的，都是被動(dòng)的，其數(shù)量減少到1/3，相應(yīng)控制閥數(shù)量也減少近2/3，顯著降低了拉形機(jī)的制造成本(含機(jī)架、拉料液壓缸、液壓控制)；從電氣控制控制點(diǎn)數(shù)看，現(xiàn)有的柔性拉形機(jī)需主動(dòng)控制點(diǎn)數(shù)多(六排液壓缸)，而且本發(fā)明中的隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)在板料預(yù)拉伸和成形過程中不需單獨(dú)實(shí)時(shí)控制，只需主動(dòng)控制垂直加載機(jī)構(gòu)的移動(dòng)量和速度，需控制自由度明顯減少，且不存在每排多個(gè)液壓缸不同步的問題，操作控制更加簡單，易于實(shí)現(xiàn)板料成形過程的智能化自適應(yīng)精確控制。

附圖說明

圖1是被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置示意圖，其中：

圖1(a)是正視圖。

圖1(b)是俯視圖。

圖2是隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3是垂直加載機(jī)構(gòu)示意圖。

圖4是采用實(shí)體模具的隨動(dòng)保壓式柔性拉伸成形示意圖。

圖5是拉伸成形過程中夾料機(jī)構(gòu)隨板料變形趨勢(shì)而擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖。

圖6是采用多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具的隨動(dòng)保壓式柔性拉伸成形示意圖。

圖7是左右兩側(cè)預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)之間距離可調(diào)的隨動(dòng)保壓式柔性拉伸成形裝置示意圖。

圖中：1.機(jī)架，1-1.左拉伸架，1-2.右拉伸架，1-3.機(jī)座，2.預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，3.隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)，3-1.液壓缸缸體，3-2.液壓缸活塞桿，3-3.插裝閥，3-4.比例溢流閥，3-5.電磁換向閥，4.夾料機(jī)構(gòu)，5.垂直加載機(jī)構(gòu)，5-1.液壓缸，5-2.工作臺(tái)，5-3.阻尼支撐裝置 5-4.梭閥，5-5.比例換向閥，5-6.定差減壓閥，5-7.電磁換向閥，6.水平移動(dòng)條，7.導(dǎo)軌，8.實(shí)體模具，9.多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具，10.板料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其工作過程。

本發(fā)明的柔性被動(dòng)拉伸成形成形裝置，主要由機(jī)架1以及機(jī)架1左右兩端各一套預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、一排多個(gè)隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4以及一套垂直加載機(jī)構(gòu)5組成。預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2通過水平移動(dòng)條6與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3鉸接，水平移動(dòng)條6與水平固定于機(jī)架1上的導(dǎo)軌7滑動(dòng)配合。隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3與夾料機(jī)構(gòu)4連接，并通過阻尼支撐機(jī)構(gòu)與垂直加載機(jī)構(gòu)5上的工作臺(tái)柔性連接，垂直加載機(jī)構(gòu)5上面安裝拉伸成形用模具。板料拉伸成形時(shí)，垂直加載機(jī)構(gòu)5是主動(dòng)控制加載機(jī)構(gòu)，一排隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3只用一個(gè)比例溢流閥控制被動(dòng)拉形力和一個(gè)電磁換向閥控制伸縮。依據(jù)多缸液壓系統(tǒng)的帕斯卡定理和材料的加工硬化特性以及最小阻力定律，在相同控制液壓力(一個(gè)比例溢流閥控制)的成排隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)作用下，能夠使各夾料機(jī)構(gòu)4沿拉伸方向?qū)崿F(xiàn)不同的位移量與轉(zhuǎn)角(依據(jù)拉伸模具形狀而變化)，但拉形件沿拉伸方向的最終拉形力相等，從而使拉形件拉應(yīng)力和拉應(yīng)變分布更加均勻。當(dāng)要加工的板料寬度尺寸變化較大時(shí)，可同時(shí)增加或減少所用隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4的數(shù)量。當(dāng)板料長度變化較大時(shí)，可以將機(jī)架1設(shè)計(jì)成左右兩個(gè)拉伸架(1-1和1-2)，拉伸架安裝在機(jī)座1-3上，拉伸架與機(jī)座1-3通過導(dǎo)軌連接，并可以在機(jī)座1-3上水平移動(dòng)，以對(duì)應(yīng)不同板料長度尺寸。此外，通過采用多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具9，能夠用一套模具成形多種三維曲面件，從而更好地滿足多品種工件柔性生產(chǎn)的需求。

圖1是被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置示意圖，主要由機(jī)架1、預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3、夾料機(jī)構(gòu)4和垂直加載機(jī)構(gòu)5組成。機(jī)架1的兩側(cè)各有一套水平預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2與之鉸接，預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2的另一端與水平移動(dòng)條6連接。導(dǎo)軌7固定于機(jī)架1上，水平移動(dòng)條6在導(dǎo)軌7上水平移動(dòng)，保證預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2只能水平方向上移動(dòng)。一排多個(gè)隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3一端與水平移動(dòng)條6鉸接，另一端與夾料機(jī)構(gòu)4鉸接。垂直加載機(jī)構(gòu)5是柔性拉伸成形裝置主要的主動(dòng)加載機(jī)構(gòu)，其液壓缸5-1通過法蘭與機(jī)架1連接，工作臺(tái)5-2下面與垂直加載液壓缸5-1的活塞桿連接，上面用于安裝拉伸成形用模具。阻尼支撐裝置5-3用于支撐隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3，其一端鉸接于工作臺(tái)5-2左右側(cè)，另一端與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3柔性連接。拉伸成形時(shí)阻尼支撐裝置5-3與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3保持接觸，拉伸成形完成后夾鉗松開工件時(shí)，阻尼支撐支撐隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3隨工作臺(tái)5-2下降而恢復(fù)水平狀態(tài)。

圖2是隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)示意圖，主要由液壓缸缸體3-1、液壓缸活塞桿3-2、插裝閥3-3、比例溢流閥3-4和比例換向閥3-5構(gòu)成。插裝閥3-3作為比例溢流閥的先導(dǎo)閥，起到放大流量的作用；比例溢流閥3-4可以實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)保壓液壓缸有桿腔壓力數(shù)字化控制，拉伸成形時(shí)只有達(dá)到比例溢流閥設(shè)定壓力，才被動(dòng)打開溢流，保持拉形力恒定。比例換向閥3-5通過改變電流的正負(fù)或大小控制液壓缸的伸出或縮回及其移動(dòng)速度。

圖3是垂直加載機(jī)構(gòu)示意圖，主要由液壓缸5-1、工作臺(tái)5-2、阻尼支撐裝置5-3構(gòu)成。液壓缸5-1是垂直加載機(jī)構(gòu)的主體，能夠帶動(dòng)工作臺(tái)5-2和拉伸成形用模具一起上升或下降。阻尼支撐裝置5-3一端鉸接于工作臺(tái)，另一端與隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3柔性連接。梭閥5-4實(shí)現(xiàn)定差減壓閥5-6的彈簧腔自動(dòng)與比例換向閥5-5的A和B口中比較大的壓力口連通，比例換向閥5-5通過改變控制電流的正負(fù)或大小控制液壓缸的伸出或縮回及其活塞桿的移動(dòng)速度(拉伸模具上升速度)，定差減壓閥5-6控制比例換向閥5-5的P口與A口或者B口之間的壓力差恒定，壓力差值可以在電腦上設(shè)置。電磁換向閥5-7控制液壓缸5-1活塞桿(工作臺(tái))的空載上升或下降。

圖4是采用整體實(shí)體模具8的隨動(dòng)保壓式柔性拉形示意圖。首先，通過水平布置的預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2對(duì)板料10進(jìn)行預(yù)拉伸；其次，通過垂直加載機(jī)構(gòu)5驅(qū)動(dòng)實(shí)體模具8上升使板料10逐漸貼模，并在隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3的配合下完成拉伸成形。在板料成形過程中，各隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3中的液壓缸拉力保持相等，各夾料機(jī)構(gòu)4能夠依據(jù)實(shí)體模具8型面的變化(拉伸方向的母線長短和切線方向)獲得不同移動(dòng)量、俯仰角及擺角，從而順應(yīng)實(shí)體模具8型面的變化趨勢(shì)而移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，較容易地實(shí)現(xiàn)板料10的貼模，并最終成形三維曲面件。

圖5是拉伸成形過程中夾料機(jī)構(gòu)4隨板料10變形趨勢(shì)而擺動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖。

圖6是采用多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具9的隨動(dòng)保壓式柔性拉形示意圖。多點(diǎn)可調(diào)式數(shù)字化模具9可以隨意變換模具型面，能夠用一套模具成形多種三維曲面件，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，從而更好地滿足多品種工件柔性生產(chǎn)的需求。

圖7是左右兩側(cè)的預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)2、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3及夾料機(jī)構(gòu)4之間距離可調(diào)的被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置示意圖。當(dāng)加工的板料長度尺寸變化較大時(shí)，可以將機(jī)架1設(shè)計(jì)成左右兩個(gè)拉伸架(1-1和1-2)，拉伸架(1-1和1-2)安裝在機(jī)座1-3上，與機(jī)座1-3通過導(dǎo)軌連接，并可以在機(jī)座1-3上水平移動(dòng)。通過調(diào)整左右兩個(gè)拉伸架(1-1和1-2)之間的距離就可以改變左右兩端拉料機(jī)構(gòu)2、隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4之間的距離，實(shí)現(xiàn)不同長度板料的拉伸成形。此外，當(dāng)加工的板料寬度較小時(shí)，可以只使用一排多個(gè)隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3中的若干個(gè)機(jī)構(gòu)，而不用的隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)通過計(jì)算機(jī)設(shè)置使之無壓隨動(dòng)；當(dāng)板料寬度較大時(shí)，可以同時(shí)增加隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)3和夾料機(jī)構(gòu)4的數(shù)量，從而進(jìn)一步適應(yīng)不同尺寸規(guī)格板料的拉伸成形。

下面舉例來說明本發(fā)明的被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置的工作過程。首先，根據(jù)板料的尺寸確定使用隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)和夾料機(jī)構(gòu)的數(shù)量以及夾料機(jī)構(gòu)的初始位置以便夾持板料，通過調(diào)整隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)的行程，實(shí)現(xiàn)多個(gè)夾料機(jī)構(gòu)的定位。然后，將板料放入夾料機(jī)構(gòu)的夾鉗口內(nèi)，通過夾料機(jī)構(gòu)夾緊板材，夾料后通過控制預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，將板料預(yù)拉伸到設(shè)定值。然后，啟動(dòng)垂直加載機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)工作臺(tái)和拉伸用成形模具向上移動(dòng)，隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)被動(dòng)伸出，使板料與模具接觸，隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)也逐漸抬起，板料逐漸貼合模具，通過控制預(yù)設(shè)的液壓力對(duì)板材加載，同時(shí)協(xié)調(diào)控制預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，使水平移動(dòng)條向成形模具方向水平移動(dòng)，以順應(yīng)模具型面變化使板料逐漸貼模。在此過程中，各隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)中液壓缸的壓力相等，根據(jù)模具型面的變化，能夠使板料獲得最佳的拉伸方向與拉伸量，實(shí)現(xiàn)夾料機(jī)構(gòu)順應(yīng)模具曲面的變化趨勢(shì)而移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)板料的貼模。拉伸成形結(jié)束后，調(diào)整夾料機(jī)構(gòu)使成形件松開，隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)在阻尼支撐裝置的作用下隨工作臺(tái)下降而恢復(fù)水平狀態(tài)。

本發(fā)明的被動(dòng)拉伸式柔性拉伸成形裝置，基于板材三維曲面件成形過程簡單化，將垂直加載成形與兩個(gè)隨動(dòng)保壓機(jī)構(gòu)的柔性控制有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)板料的柔性拉伸成形，提高拉形件質(zhì)量；明顯減少了液壓缸和控制閥的使用數(shù)量，顯著降低了拉形機(jī)的制造成本；大大地減少了控制自由度，使電氣控制更加簡單，易于實(shí)現(xiàn)板料成形過程的智能化自適應(yīng)精確控制。