压制组件、压制设备、压制方法及曲面金属板

摘要

本发明提供了一种压制组件，包括互相配合使用的上、下冲头组件。所述上、下冲头组件分别包括固定板、与所述固定板固定连接的连接部、连接于所述连接部上的至少4个冲头；所述冲头呈矩阵排列，且所述冲头伸出所述上连接部的距离可调。还提供一种包括上述压制组件的压制设备、压制方法和由所述压制方法制备而成的曲面金属板，所述压制方法具体包括：坐标平面的网格划分、目标曲面金属板模型上的网格绘制、调整上冲头和下冲头的伸出距离、施压和渐进压制步骤。本发明提供的压制组件、压制设备、压制方法及曲面金属板，能够解决现有技术中存在的曲面金属板成形难的技术问题，同时降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。

说明书

技术领域

本发明属于曲面金属板成形技术领域，特别是涉及一种压制组件、压制设备、压制方法及曲面金属板。

背景技术

船舶工业、汽车工业以及航空航天工业、桥梁制造等行业中常常需要用到曲面金属板，曲面金属板由于其形状的特殊性较难成型，而犹以不规则曲面形状的金属板的成型最为困难，这里的不规则曲面形状的金属板指的是金属板表面在自身的局部坐标系内，在两个垂直方向上均具有弧度，金属板形状可类似球面、椭球面或者其他不规则曲面。

对于具有不规则曲面的金属板成形，如果金属板面积较小且金属板厚度较薄的情况下，一般利用大型模具，能够一次冲压冷作成形；而当金属板面积较大、及金属板厚度较厚、金属板材质强度较高的情况下，如果仍采用上述方法进行成形，则需要制作超大型模具，同时需要用压力更大的压力机才能保证一次冲压成形，显然这种做法成本过高，且成形设备所需场地空间过大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种压制组件、压制设备、压制方法及曲面金属板，以解决现有技术中存在的曲面金属板成形难的技术问题，同时降低生产成本，提高产品的市场竞争力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种压制组件，包括互相配合使用的上冲头组件和下冲头组件；

所述上冲头组件包括上固定板、与所述上固定板固定连接的上连接部、连接于所述上连接部上的至少4个上冲头；所述上冲头呈矩阵排列，且所述上冲头伸出所述上连接部的距离可调；

所述下冲头组件包括下固定板、与所述下固定板固定连接的下连接部、连接于所述下连接部上的至少4个下冲头；所述下冲头与所述上冲头对应设置，且所述下冲头伸出所述下连接部的距离可调。

对上述技术方案的进一步改进是：

所述上冲头包括第一本体和第二本体，所述第一本体为圆柱状，用于与所述上连接部连接；所述第二本体呈圆锥状，由所述第二本体与第一本体的连接处向远离所述第一本体的方向的径向尺寸逐渐减小，且所述第二本体的端部呈球状弧面；所述下冲头的形状与所述上冲头的形状相同。

所述上冲头和下冲头的数量均为9个，呈方阵状排列。

所述上连接部的数量与所述上冲头的数量相同，每个所述上连接部均包括正方形的钢制模块及与所述钢制模块固定连接的上连接头；所述上连接头用于与所述上冲头连接，所述上冲头能够相对所述上连接头上下移动；

所述下连接部的数量与所述下冲头的数量相同，每个所述下连接部均包括正方形的钢制模块及与所述钢制模块固定连接的下连接头；所述下连接头用于与所述下冲头连接，所述下冲头能够相对所述下连接头上下移动。

所述上冲头伸出所述上连接部的距离及所述多个下冲头伸出所述下连接部的距离通过动力装置或增加减少垫片的方式进行调节。

本发明还提供一种压制设备，包括压力驱动端组件、承压固定端组件、连接于所述压力驱动端组件上的上冲头组件、以及连接于所述承压固定端组件上的下冲头组件；所述上冲头组件和所述下冲头组件为上述的压制组件中的上冲头组件和下冲头组件。

本发明还提供一种曲面金属板的压制方法，所述压制方法通过压制设备成形所述曲面金属板，所述压制设备包括压力驱动端组件、承压固定端组件、以及连接于所述压力驱动端组件上的上冲头组件、以及连接于所述承压固定端组件上的下冲头组件；所述上冲头组件包括伸出距离可调的至少4个上冲头，所述下冲头组件包括伸出距离可调的至少4个下冲头，所述上冲头和所述下冲头均呈方阵状排列；所述曲面金属板的压制方法包括以下步骤：

S1、根据目标曲面金属板的形状建立目标曲面金属板模型，建立三维坐标系，在所述坐标系的X、Y轴形成的平面上对所述目标曲面金属板模型在所述X、Y轴平面上的投影进行网格划分，所述网格的边长与相邻两个上冲头的中心轴间的距离相同；

S2、在所述目标曲面金属板模型上绘制所述网格线，将所述目标曲面金属板模型展开形成平直的金属板模型，所述网格线随曲面金属板模型的展开形成变异网格线；

S3、与所述上冲头数量相同的多个网格形成一个压制单元，获取一个压制单元的网格的中心点对应于所述目标曲面金属板模型中的Z向坐标，对所述上冲头伸出所述上连接部的距离按照对应的Z向坐标进行调整、对所述下冲头伸出所述下连接部的距离按照对应的Z向坐标进行调整；

S4、将待压制金属板按所述压制单元的对应位置放置于所述下冲头组件上，所述上冲头组件向下移动对所述待压制金属板进行压制，以成形一个所述压制单元；

S5、重复操作步骤S3和步骤S4，对相邻的压制单元进行压制，直到所有网格均压制完毕。

进一步地，步骤S1中所述建立三维坐标系具体为：取所述目标曲面金属板模型的一个角点作为坐标原点；连接所述坐标原点与所述目标曲面金属板模型的长边对应的角点，形成X轴；使所述X轴、坐标原点、以及所述目标曲面金属板模型的短边对应的角点形成的平面与所述坐标系的X轴和Y轴形成的平面共面，从而得到对应的Y轴；所述坐标原点和所述目标曲面金属板模型的短边对应的角点的连线为L线，所述L线与所述Y轴间的夹角小于90°。

进一步地，步骤S3中对所述上冲头伸出所述上连接部的距离按照对应的Z向坐标进行调整具体为：将所述上冲头伸出所述上连接部的距离调整为所述上冲头伸出所述上连接部的原长度减去对应的网格中心点的Z向坐标值的差值；所述下冲头伸出所述下连接部的距离按照对应的Z向坐标进行调整具体为：将所述下冲头伸出所述下连接部的距离调整为所述下冲头伸出所述下连接部的原长度加上对应的网格中心点的Z向坐标值的和值；

步骤S4中将待压制金属板按所述压制单元的对应位置放置于所述下冲头组件上具体为：使所述压制单元的每个网格的中心点位于对应的所述下冲头的中心轴线上或者使压制单元的中心点位于对应的下冲头的中心轴线上；

步骤S5中重复操作步骤S3和步骤S4，对相邻的压制单元进行压制具体为：在压制下一个压制单元时，下一个压制单元与相邻的已压制的压制单元至少有一排网格重复压制。

本发明还提供一种由上述压制方法压制而成的曲面金属板。

根据本发明的技术方案可知，本发明的压制设备其上、下冲头伸出的距离可调，利用上、下冲头的一次配合能够成形曲面金属板一个压制单元的压制，且其上、下冲头的数量为多个，即一次成形可压制曲面金属板的一定面积，只需对曲面金属板进行渐进式压制即可成形整个曲面金属板，其方法简单、设备制造成本低，设备所占场地空间小，且该压制设备及压制方法不受曲面金属板的具体形状限制，一台设备可完成多种规格及形状的曲面金属板的压制，仅需根据具体的曲面金属板的形状对上、下冲头的伸出距离进行调整即可，其设备的适用性更广，同时保证了压制成形的精准性。

附图说明

图1为本发明实施例1的压制组件的结构示意图。

图2为本发明实施例1的上、下冲头的排列示意图。

图3为本发明实施例3步骤S1的三维坐标系及网格划分、交点标记的示意图。

图4为本发明实施例3步骤S2将目标曲面金属板模型展开成平直的金属板模型后形成的变异网格线的示意图。

图5为本发明实施例3步骤S3第一个压制单元的各网格的中心点的Z向坐标的示意图。

图6为本发明实施例3步骤S3计算及调整上、下冲头的伸出距离的示意图。

图7为本发明实施例3步骤S4调整好上、下冲头伸出距离后对待压制金属板施压的示意图。

图8为本发明实施例3步骤S5第一列的第二个压制单元的示意图。

图9为本发明实施例3步骤S5第二列的第一个压制单元的示意图。

图10为本发明实施例3的曲面金属板的压制方法的流程示意图。

附图中各标号的含义为：

10-上冲头组件；20-下冲头组件；11-上固定板；12-上连接部；13-上冲头；21-下固定板；22-下连接部；23-下冲头；121-钢制模块；122-上连接头；131-第一本体；132-第二本体；222-下连接头。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1：如图1和图2所示，本实施例的压制组件包括互相配合使用的上冲头组件10和下冲头组件20，所述上冲头组件10用于与压制设备的压力驱动端组件固定连接，在成形时对待成形工件施加压力；所述下冲头组件20用于与压制设备的承压固定端组件固定连接，在成形时承受上冲头组件10施加的压力。

所述上冲头组件10包括上上固定板11、与所述上上固定板11固定连接的上连接部12、连接于所述上连接部12上的至少4个上冲头13；所述上冲头13呈矩阵排列，且所述上冲头13伸出所述上连接部12的距离可调。

如图2所示，具体地，在本实施例中，所述上冲头13的数量为9个，按3×3的方阵排列。所述上连接部12的数量与所述上冲头13的数量相同，也为9个，与上冲头13对应设置。每个所述上连接部12均包括正方形的钢制模块121及与所述钢制模块121固定连接的上连接头122；所述上连接头122用于与所述上冲头13连接，所述上冲头13能够相对所述上连接头122上下移动。比如所述上冲头13可以与所述连接头卡接，此时可以通过在卡接的间隙处增加或减少垫片的数量来调节卡接处的间隙大小，从而调节上冲头13伸出上连接部12的距离。或者，上冲头13可以和上连接头122之间滑动连接，在所述上连接部12上设置动力装置，动力装置控制上冲头13在上连接头122上滑动伸出的距离，所述动力装置可以是液压装置、气压装置等。

所述上冲头13为钢制棒材，呈类似针状，包括第一本体131和第二本体132，所述第一本体131为圆柱状，用于与所述上连接部12连接；所述第二本体132呈圆锥状，由所述第二本体132与第一本体的连接处向远离所述第一本体131的方向的径向尺寸逐渐减小，且所述第二本体132的端部呈球状弧面。

所述下冲头组件20包括下固定板21、与所述下固定板21固定连接的下连接部22、连接于所述下连接部22上的至少4个下冲头23；所述下冲头23与所述上冲头13对应设置，且所述下冲头23伸出所述下连接部22的距离可调。

具体地，在本实施例中，所述下冲头23的数量为9个，与所述上冲头13对应设置，方向相反。所述下连接部22的数量也为9个，与下冲头23对应设置。每个所述下连接部22均包括正方形的钢制模块121及与所述钢制模块121固定连接的下连接头222；所述下连接头222用于与所述下冲头23连接，所述下冲头23能够相对所述下连接头222上下移动。所述下冲头23的材质及形状均与上冲头13相同。

9个上冲头13的端部形成9个作用点，上冲头13伸出的长度与曲面金属板的形状相关；同样地，9个下冲头23的端部形成9个承压点，下冲头23伸出的长度也与曲面金属板的形状相关，上冲头13的作用点和下冲头23的承压点相互对应。

实施例2：本实施例的压制设备，包括压力驱动端组件、承压固定端组件、连接于所述压力驱动端组件上的上冲头组件10、以及连接于所述承压固定端组件上的下冲头组件20。所述上冲头组件10和所述下冲头组件20为实施例1中的上冲头组件10和下冲头组件20。

具体地，在本实施例中所述压制设备为压力机，压力驱动端组件为液压结构，其与上冲头组件10的上固定板11固定连接，所述承压固定端组件为设备的地基基础，其与下冲头组件20的下固定板21固定连接。

实施例3：本实施例的曲面金属板的压制方法，其欲成形的所述曲面金属板为具有不规则曲面特征的钢桥壁板，为钢制件，其钢板面积较大、厚度较厚且钢板强度也较高，其两个垂直方向上均具有弧度，形状不规则，成形难度极大。

具体地，本实施例采用实施例2的压制设备及计算机辅助进行该曲面金属板的压制。

如图10所示，具体地，包括以下步骤：

S1、坐标平面的网格划分：如图3所示，在计算机中根据目标曲面金属板的形状建立目标曲面金属板模型，并建立三维坐标系。

具体地，取所述目标曲面金属板模型的一个角点作为坐标原点；连接所述坐标原点与所述目标曲面金属板模型的长边对应的角点，形成X轴；使所述X轴、坐标原点、以及所述目标曲面金属板模型的短边对应的角点三个点形成的平面与所述坐标系的X轴和Y轴形成的平面共面，从而得到对应的Y轴。所述坐标原点和所述目标曲面金属板模型的短边对应的角点的连线为L线(图中未示出)，所述L线与所述Y轴间的夹角小于90°。

在所述坐标系的X、Y轴形成的平面上对所述目标曲面金属板模型在所述X、Y轴平面上的投影进行网格划分，所述网格的边长与相邻两个上冲头13的中心轴间的距离相同，也就是说网格的大小与相邻的4个上冲头13的4个作用点连接形成的正方形大小相同。

在计算机中对网格的交点、及网格与X轴和Y轴的交点进行标记，目标曲面金属板模型的一个角点设为原点O，其长度方向(X方向)的编号依次为O，X1，X2，X3……Xm，其宽度方向(Y方向)的编号依次为O，Y1，Y2,Y3……Yn，任一交点记为XiYj，其中i和j为分别对应的m和n的值。

S2、目标曲面金属板模型上的网格绘制：如图4所示，在所述目标曲面金属板模型上绘制所述网格线，将所述目标曲面金属板模型展开形成平直的金属板模型，所述网格线随曲面金属板模型的展开形成变异网格线。

S3、调整上冲头和下冲头的伸出距离：与所述上冲头13数量相同的多个网格形成一个压制单元，获取一个压制单元的网格的中心点对应于所述目标曲面金属板模型中的Z向坐标，对所述上冲头13伸出所述上连接部12的距离按照对应的Z向坐标进行调整、对所述下冲头23伸出所述下连接部22的距离按照对应的Z向坐标进行调整。

如图4所示，具体地，在本实施例中，一个压制单元包括9个网格，第一个压制单元由坐标原点开始，也就是从待成形的曲面金属板的一个角点开始。

如图5所示，在计算机中查询对应的9个网格的曲面特征形状，具体为，在所述目标曲面金属板模型中查询上述9个网格的中心点的Z向坐标值，按照由坐标原点到X轴方向、由X轴方向到Y轴方向依次记录为Z1，Z2，Z3…Za…Z9，根据9个Z向坐标值分别对9个上冲头13和9个下冲头23的伸出距离进行调整，所述调整可以是计算机自动控制，也可以是手工操作。

如图6所示，具体调整如下：

现上冲头13伸出所述上连接部12的距离设为ha，上冲头13伸出所述上连接部12的原长度设为H1，对应的Z坐标为Za，则ha＝H1-Za。比如，1号网格的h1＝H1-Z1，2号网格的h2＝H1-Z2……

现下冲头23伸出所述下连接部22的距离设为ka，下冲头23伸出所述下连接部22的原长度设为H2，对应的Z坐标为Za，则ka＝H2+Za。比如，1号网格的k1＝H2+Z1，2号网格的k2＝H2+Z2……

S4、施压：如图7所示，将待压制金属板按所述压制单元的对应位置放置于所述下冲头组件20上，压制设备施压，所述上冲头组件10向下移动对所述待压制金属板进行压制，以成形一个所述压制单元。

具体地，将待压制金属板按对应方向将9个网格的中心点分别与对应的上、下冲头23的接触点重合，如果9个中心点无法全部重合，则需保证该9个网格中位于中心处的一个网格的中心点与其对应的上、下冲头23的中心轴线重合。

S5、渐进压制：重复操作步骤S3和步骤S4，对相邻的压制单元进行压制，直到所有网格均压制完毕。

如图8和图9所示，具体地，首先沿Y轴方向进行相邻网格的压制，即沿宽度方向，由Y轴原点向Y轴方向一列列压制，且待压制的下一个压制单元至少与上一个压制单元有一排网格为重合部分，比如本实施例的由9个网格组成的一个压制单元，在移动时可选择，一次移动距离为一排网格，此时有两排网格为重复压制；或者一次移动距离为两排网格，此时有一排网格为重复压制。在宽度方向压制完一列压制单元后，向X轴方向移动并压制下一列压制单元时，也需至少有一排网格与其相邻的压制单元重合。循序渐进，直到所有的网格均压制完毕。

S6、检测和修整：制作曲面金属板的成形样板，对成形后的曲面金属板进行成形偏差检测，对于偏差量超过预设值时，对偏差部位进行调整，使其满足预设要求。

实施例4：本实施例的曲面金属板由实施例3的压制方法压制而成。

本发明的压制设备其制造成本较低，占地较少，能够使不规则的曲面金属板渐进式成形，同时保证成形的尺寸精准性，其压制方法简单，仅需根据网格的中心点的Z向坐标值对上、下冲头进行相应调整，渐进式施压即可完成整个金属板的成形。且其压制设备可适用于多种不同形状的曲面金属板的压制，使设备的适用性更为广泛，提高了设备的重复利用性，有效降低了设备的投入成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。