用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头及成形方法技术

本发明专利技术提供一种用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头及成形方法，属于机械工程领域。安装柄前端与固定套相连接，后端与数控机床相连接，所述的顶杆放置在固定套内，后端与安装柄相连接，其前端与摆动式顶盘自由对接，所述的固定套底部有孔，所述的冲头顶部与摆动式顶盘接触、下部通过孔探出固定套。本发明专利技术用于板料的塑性变形，对于成形板材曲面件具有效率高，作用面积大，应力集中低的作用，可有效避免成形过程中起皱、拉裂等缺陷，工具头在旋转渐进成形过程中可自适应调整位置，可满足各种形状复杂的板壳类零件的加工。

Multi point integrated adaptive tool head and forming method for rotary incremental forming

The invention provides a multi-point integrated adaptive tool head and a forming method for rotary incremental forming, belonging to the field of mechanical engineering. The front end of the installation handle is connected with the fixed sleeve, the rear end is connected with the CNC machine tool, the top rod is placed in the fixed sleeve, the rear end is connected with the installation handle, the front end is freely butted with the swing top plate, the bottom of the fixed sleeve has holes, the top of the punch is contacted with the swinging type top, and the lower through the hole is out to explore a fixed sleeve. The invention is used for plastic deformation of sheet material, which has the effect of high efficiency, large area of action and low stress concentration, which can effectively avoid wrinkling and crack in forming process. The tool head can adjust the position adaptively in the process of rotating progressive forming, and can satisfy various kinds of plate and shell parts with complex shapes. Processing.

【技术实现步骤摘要】
用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头及成形方法
本专利技术属于机械工程领域，尤其是指用于三维曲面工件塑性成形的工具和方法。
技术介绍
金属板料的生产应用是材料加工行业的重要组成部分，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、家用电器以及一些新产品的开发、样品试制等领域。目前主要的金属板料成形技术是模具成形，其具有生产效率高、成形质量好和适合批量生产等优点。但传统的金属板料成形工艺过分依赖模具，存在着开发生产周期长、费用高和柔性低的问题，难以适应市场快速发展的需求。与传统的板料成形技术相比，金属板料渐进成形技术柔性化程度高、可加工各种形状复杂的板壳类零件。单点渐进成形主要是利用分层制造的思想，将复杂的三维形状离散成一系列简单的二维层。通过计算机控制单点成形工具头采用走等高线、渐进成形的方式，逐层形成零件的三维包络面，从而实现金属板料的连续局部塑性成形。但单点渐进成形过程中由于板材局部受力不均，极易出现破裂，压痕，回弹等缺陷，严重影响制件的精度和表面质量；并且工具头加工过程中成形路径较长，成形效率低。这些因素的存在很大程度上制约了单点渐进成形技术的实际运用。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头及成形方法，针对于单点渐进成形过程中存在的局限性，目的是提高单点成形的效率，降低成形过程中缺陷。本专利技术采取的技术方案是：包括安装柄、固定套、顶杆、摆动式顶盘以及至少三个以上的冲头，所述的安装柄前端与固定套相连接，后端与数控机床相连接，所述的顶杆放置在固定套内，后端与安装柄相连接，其前端与摆动式顶盘自由对接，所述的固定套底部有孔，所述的冲头顶部与摆动式顶盘接触、下部通过孔探出固定套。本专利技术所述的冲头顶部为锥形面，在冲头的颈部设有台阶，通过台阶卡在固定套内。本专利技术所述的顶杆采用刚性杆或具有刚度的弹簧。本专利技术所述的冲头采用硬质合金材料。本专利技术所述的冲头布置方式保证旋转时能够覆盖圆形面积。本专利技术所述的摆动式顶盘进行周向摆动。本专利技术所述的冲头可以根据摆动式顶盘的摆动自适应调整垂直高度。一种使用旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头的成形方法，包括以下步骤：(1)将待加工的金属板坯料进行安装固定；(2)启动数控机床，工具头按照数控机床预先设定的程序旋转渐进运动；(3)运动过程中工具头既做旋转运动又沿着轨迹对金属板料施加成形力，加工过程中工具头可随着板料形状的变化自适应调整垂直高度；(4)通过逐层旋转加工，依据模具的形状将板料加工成为所需形状。本专利技术优点是：采用了在一个工具头上集成了多个可调整的点，用来成形板材曲面件，在机床输出力不变的情况下，增大了成形面积，同时仍然可以根据不同曲面形状进行成形，比传统的单点成形的成形效率提高了40％以上，节约了制造成本，改善加工质量，实现板材低成本曲面成形。在渐进成形过程中工具头可根据待成形板材曲面形状的变化而自适应调整垂直高度，从而在板材渐进成形过程中提高板料成形能力，原理简单，操作方便，可有效提高板材成形精度，提高成形效率，同时降低了能耗。本专利技术用于板料的塑性变形，对于成形板材曲面件具有效率高，作用面积大，应力集中低的作用，可有效避免成形过程中起皱、拉裂等缺陷，工具头在旋转渐进成形过程中可自适应调整位置，可满足各种形状复杂的板壳类零件的加工。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的轴侧图；图3是本专利技术渐进成形过程示意图；图4是本专利技术顶杆为弹簧时的结构示意图；图5是本专利技术三个冲头的布置方式；图6是本专利技术四个冲头的布置方式。具体实施方式如图1、图2所示，包括安装柄1、固定套2、顶杆3、摆动式顶盘4以及至少三个以上的冲头5，所述的安装柄1前端与固定套2相连接，后端与数控机床相连接，所述的顶杆3放置在固定套2内，后端与安装柄1相连接，其前端与摆动式顶盘4自由对接，所述的固定套2底部有孔21，所述的冲头5顶部与摆动式顶盘4接触、下部通过孔21探出固定套；所述的冲头5顶部为锥形面，在冲头的颈部设有台阶51，通过台阶卡在固定套2内；所述的顶杆3采用刚性杆或具有刚度的弹簧；所述的冲头5采用硬质合金材料；所述的冲头5布置方式保证旋转时能够覆盖圆形面积6；所述的摆动式顶盘4进行周向摆动；所述的冲头5可以根据摆动式顶盘4的摆动自适应调整垂直高度。一种采用旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头的成形方法，包括以下步骤：(1)将待加工的金属板坯料进行安装固定；(2)启动数控机床，工具头按照数控机床预先设定的程序旋转渐进运动；(3)运动过程中工具头既做旋转运动又沿着轨迹对金属板料施加成形力，加工过程中工具头可随着板料形状的变化自适应调整垂直高度；(4)通过逐层旋转加工，依据模具的形状将板料加工成为所需形状。参考图3所示，首先将金属板料进行安装固定。随后启动数控机床，工具头在数控机床的带动下按照预设的成形路径旋转渐进成形。每加工完一层，工具头沿竖直方向下降一段距离，再对下一层面进行加工。成形过程中，作用于板材局部的工具头会根据板材的形状进行自适应调整高度，以保证渐进成形过程中曲面稳定过渡，形成工件的三维包络面，直至工件成形完成。待成形结束后，关闭数控机床，取下成形件。参考图4所示，顶杆3采用具有刚度的弹簧，成形过程中，工具头会根据板材的形状进行自适应调整高度，以保证渐进成形过程中曲面稳定过渡，形成工件的三维包络面，直至工件成形完成。参考图5所示，三个冲头的布置方式在旋转时形成了圆形面积6；参考图6所示，四个冲头的布置方式在旋转时形成了圆形面积6；以上结合具体实施方式对本专利技术进行了详细描述。用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头既克服了单点渐进成形局部受力不均、制件精度低、表面质量差以及效率低的不足，又解决了多点控制起来较复杂、制件压痕明显、设备开发成本高、能耗大的缺陷，更加有利于板材三维曲面工件的塑性成形。很明显，以上描述以及附图中所示的内容均应被理解为是示例性的，而非意味着对本专利技术的限制。例如上图中只给出了三个冲头和顶杆为刚性杆或弹簧的示例，对于本领域的技术人员来讲，显然可以在本专利技术的基础上对冲头个数和顶杆的材料进行各种变形或修改。显然，这些变形或修改均应包含在本专利技术的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头，其特征在于：包括安装柄、固定套、顶杆、摆动式顶盘以及至少三个以上的冲头，所述的安装柄前端与固定套相连接，后端与数控机床相连接，所述的顶杆放置在固定套内，后端与安装柄相连接，其前端与摆动式顶盘自由对接，所述的固定套底部有孔，所述的冲头顶部与摆动式顶盘接触、下部通过孔探出固定套。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头，其特征在于：包括安装柄、固定套、顶杆、摆动式顶盘以及至少三个以上的冲头，所述的安装柄前端与固定套相连接，后端与数控机床相连接，所述的顶杆放置在固定套内，后端与安装柄相连接，其前端与摆动式顶盘自由对接，所述的固定套底部有孔，所述的冲头顶部与摆动式顶盘接触、下部通过孔探出固定套。2.根据权利要求1所述的用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头，其特征在于：所述的冲头顶部为锥形面，在冲头的颈部设有台阶，通过台阶卡在固定套内。3.根据权利要求1所述的用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头，其特征在于：所述的顶杆采用刚性杆或具有刚度的弹簧。4.根据权利要求1所述的用于旋转渐进成形的多点集成式自适应工具头，其特征在于：所述的冲头采用硬质合金材料。5.根据权利要求1所述的用于旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志清，郭超凡，刘昆，于歌，赵继，冀世军，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22