[发明专利]一种大尺寸环形件数字化柔性成形装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械模具领域，具体地，涉及一种大尺寸环形件数字化柔性成形装置与方法。

背景技术

航天是一项具有国际竞争性的事业，其发展水平代表着一个国家的综合国力和科技水平。航空航天是我国大力发展的高技术行业，运载火箭是航天领域中的重要组成部分，是航天领域开发宇宙空间资源、发展空间科学技术的重要手段和工具，直接体现一个国家航空航天技术的先进性。“载人航天”工程、“嫦娥”工程等空间项目的建设都极大地推进了我国运载火箭的发展，航天发展的新形势对运载火箭的制造技术提出了新的挑战。现阶段，我国运载火箭、载人航天和深空探测将迎来高密度并行研制、多型号密集发射和应急快速发射的高峰期。在发射任务成倍增加、逐年递增的形势下，对运载火箭箭体关键结构的研制提出了“产能提升、可靠性提升”的强烈需求。

运载火箭箭体结构主要由推进剂贮箱、铆接舱段、整流罩等部分构成。推进剂贮箱是一种大尺寸、薄壁高强铝合金焊接结构，主要由箱底和筒段组成，作为压力容器用来贮存推进剂，同时起着支撑热防护系统和为部分仪器设备提供安装基础和空间的作用，是箭体结构中最大的结构部件和影响运载火箭安全性和可靠性的关键部件。

运载火箭贮箱箱底通常采用椭球曲面，其制造主要通过分块成形+拼接方式，成形时，采用模具压弯成形，存在精度差、效率低、人工校形劳动强度大；切边时，采用人工对样划线剪切、坡口手工修配的方式制备焊接边，一致性较差、工艺尺寸难以保证；拼焊时，强迫装配方式无法满足自动化焊所需的装配精度，只能采用手工焊接，受人为因素易造成未焊透、裂纹等焊接缺陷，产品质量稳定性较差，生产效率低。随着运载火箭尺寸越来越大、发射任务量越来越多，急需一种新的成形工艺来实现贮箱箱底环壳高精度、高效率、低成本、少无焊缝成形。

多点成形是一种三维曲面成形的新技术，其基本思想是将传统的整体刚性模具离散化成一系列规则排列、利用计算机控制多个可调整高度的基本体，形成所需的成形曲面，代替模具实现板料快速、无模、数字化成形，可以成形不同的三维曲面件，实现了板料的柔性成形。

多点滚压成形是一种新型的板材柔性成形技术，其基本思路是采用可弯曲的辊状工具作为成形工具并结合多点调形技术来实现三维曲面板类件的连续成形。这种成形方法继承了多点成形和滚压成形的优点，可以实现三维曲面件的无模、高效和柔性成形。

发明内容

针对大尺寸环形件拉深成形需要大吨位设备与模具，模具通用性差，多点对压成形容易产生起皱等问题，本发明提出了一种大尺寸环形件数字化柔性成形装置与方法。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种大尺寸环形件数字化柔性成形装置，包括动力与传动机构、柔性辊系统、柔性夹持系统和可重构模具系统，所述动力与传动机构用于调节柔性辊系统的位置、带动柔性辊系统旋转成形，柔性辊压系统用于任意三维环壳类零件滚弯成形，柔性夹持系统用于待成形板料的夹持，柔性模具系统用于柔性数字化模具的快速生成。

优选地，所述动力与传动机构包括旋转电机、垂直传力杆、垂直升降杆、水平传力杆和水平伸缩杆；电机带动传力杆转动，进而带动柔性辊系统旋转，用于板料快速滚压成形；垂直传力杆和垂直升降杆用于调节柔性辊系统的高度位置，并在滚弯成形时对板料施加垂直方向的压力；水平传力杆和水平伸缩杆用于调节柔性辊系统的水平位置，适应不同尺寸零件成形需求。

优选地，所述柔性辊系统包括固定框架、调节杆、连接螺栓、支撑块和柔性辊；固定框架与动力与传动机构相连，其上固定有用于调节柔性辊的高度的调节杆；该调节杆通过连接螺栓与支撑块相连，该支撑块上夹持和固定有用于板料滚弯的柔性辊。

优选地，所述柔性夹持系统包括底座、紧固销、伸缩油缸、夹具体、夹持油缸和夹料块；伸缩油缸通过紧固销固定在底座上，伸缩油缸施加水平拉力；夹持油缸和夹料块安装在夹具体上，支撑夹持油缸用于对夹料块施加压紧力；夹料块夹持板料。

优选地，所述可重构模具系统由多点基本体组成，通过调节基本体的高度，实现任意三维曲面模具型面的快速生成，为环壳类零件滚弯成形提供数字化模具支撑。

本发明还提供了一种大尺寸环形件数字化柔性成形方法，包括如下步骤：

S1、按上述的大尺寸环形件数字化柔性成形装置的结构完成成形装置的装配，并通过多点数字化CAD/CAE/CAM软件调节控制柔性辊系统调节杆和可重构模具系统基本体的高度，使之分别形成一定的曲率和模具型面；

S2、将板料置于可重构模具系统上方，并通过内外柔性夹持系统进行夹紧；