專利名稱：用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曲 面軋制裝置，具體而言，涉及一種用于對板材進(jìn)行三維曲面成形的曲面軋制裝置，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及與此相對應(yīng)的曲面軋制方法。
背景技術(shù)：
目前的板材三維曲面成形裝置主要采用模具成形，其制模、調(diào)模成本高、周期長， 而用模具成形大尺寸三維曲面就需要大型模具與大型壓力機(jī)。模具成形方法加工周期長， 需要投入大量的人力、物力，無法滿足小批量或個性化生產(chǎn)的需要；尤其對于大尺寸的三維曲面零件采用模具的方式根本不切合實(shí)際，若采用手工成形方式，則加工質(zhì)量差、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的卷板裝置可以實(shí)現(xiàn)圓柱、圓錐等簡單曲面的成形，卻難于實(shí)現(xiàn)真三維曲面的成形。三維柔性卷板加工方法雖然能夠成形三維曲面，但是其采用離散的工作輥，板材表面質(zhì)量不高，因此其應(yīng)用和發(fā)展受到限制。鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)對板材進(jìn)行三維曲面成形的曲面軋制裝置，以及與此相對應(yīng)的方法。本發(fā)明提供一種板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，包括用于對板材進(jìn)行軋制的成形輥、對所述成形輥具有支撐與限位作用的調(diào)形機(jī)構(gòu)、以及用于使所述成形輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中，所述成形輥包括上成形輥和下成形輥；所述上成形輥和/或所述下成形輥被多個所述調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐；所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐的所述上成形輥和/或所述下成形輥撓曲變形，并使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布； 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，對所述上成形輥和/或所述下成形輥的一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，使板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制成形。通過采用所述構(gòu)成方式，使所述上成形輥和/或所述下成形輥具有一定的撓度， 并且使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布，從而使所述板材在寬度方向的同一橫截面內(nèi)的不同部位產(chǎn)生不同變形及不同壓縮比，進(jìn)而使所述板材在寬度方向上各點(diǎn)縱向延伸不均勻，最終使所述板材在軋制過程中產(chǎn)生變形，以實(shí)現(xiàn)三維曲面成形。需要指出的是，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)長尺寸的三維曲面零件的成形。該裝置所需成形力小， 可以在小設(shè)備上實(shí)現(xiàn)大型板材的連續(xù)成形。該裝置與傳統(tǒng)的模具成形裝置相比，省去模具的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試工序，縮短生產(chǎn)周期，提高工作效率，降低加工成本；與手工成形的方式相比，提高板件的表面質(zhì)量，節(jié)省物力、人力和加工時間。因此，本發(fā)明所涉及的曲面軋制裝置能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。此外，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制成形前，根據(jù)需要調(diào)整所述成形輥的撓曲程度，并調(diào)整所述輥縫的不均勻度。通過采用所述構(gòu)成方式，所述成形輥的撓曲程度在軋制前被所述調(diào)形機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)為需要的程度，并且使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫非均勻分布，從而使所述板材在寬度方向的同一橫截面內(nèi)的不同部位產(chǎn)生不同變形及不同壓縮比，進(jìn)而使所述板材在寬度方向上各點(diǎn)縱向延伸不均勻，最終使所述板材在軋制過程中產(chǎn)生變形，以實(shí)現(xiàn)三維曲面成形。此外，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述成形輥無撓曲的情況下仍對所述成形輥具有支撐作用。通過采用所述構(gòu)成方式，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)能夠?qū)λ龀尚屋佭M(jìn)行支撐，以增加所述成形輥的強(qiáng)度和剛度，代替多輥軋制中支承輥對工作輥的支撐作用，避免所述成形輥在軋制過程中的變形，實(shí)現(xiàn)薄板軋制或變截面板軋制。此外，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述上成形輥和下成形輥之間的所述輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，根據(jù)需要實(shí)時改變所述成形輥的撓曲程度，并使所述輥縫的不均勻度實(shí)時發(fā)生變化。通過采用所述構(gòu)成方式，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)在所述板材被軋制過程中實(shí)時調(diào)節(jié)所述上成形輥和/或所述下成形輥的撓曲程度，使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫形狀實(shí)時變化，進(jìn)而使所述板材在不同時間、不同部位產(chǎn)生不同的應(yīng)變，以實(shí)現(xiàn)自由曲面的軋制成形。此外，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述板材從形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)對所述成形輥輥身部位施加轉(zhuǎn)矩，以輔助所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)或取代所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)。通過采用所述構(gòu)成方式，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)輔助所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)對所述成形輥被支撐部位施加扭矩，減小所述成形輥因與所述板材作用而產(chǎn)生的力矩，增加所述成形輥整體轉(zhuǎn)動扭矩，避免所述成形輥中央部位產(chǎn)生轉(zhuǎn)動滯后現(xiàn)象，同時增加所述成形輥的工作壽命?；蛘咚稣{(diào)形機(jī)構(gòu)可以取代所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，對所述成形輥輥身部位施加轉(zhuǎn)矩，使所述成形輥僅在所述調(diào)形機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，保證所述成形輥軋制曲面時的所需轉(zhuǎn)動力矩。此外，所述曲面軋制裝置，進(jìn)一步包括對所述成形輥的整體位置進(jìn)行控制的整體移位機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)和/或所述整體移位機(jī)構(gòu)在不改變所述成形輥原有撓曲程度的情況下實(shí)時對所述成形輥相對高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)時對所述上成形輥和下成形輥之間的所述輥縫整體進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過采用所述構(gòu)成，在所述板材被軋制的過程中，通過所述調(diào)形機(jī)構(gòu)和/或所述整體移位機(jī)構(gòu)在不改變所述成形輥撓曲程度的情況下實(shí)時對所述輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，使板厚實(shí)時變化，以實(shí)現(xiàn)在不同時間段使所述板材被軋制為不同厚度的板材，從而實(shí)現(xiàn)變截面板的軋制。需要指出的是所述成形輥原有撓曲程度包括有撓曲和無撓曲兩種情況。此外，所述上成形輥和所述下成形輥各為一個或多個。通過采用所述構(gòu)成方式，所述成形輥上下各為一個時，實(shí)現(xiàn)單道次軋制；所述成形輥上下各為多個時，實(shí)現(xiàn)連續(xù)多道次軋制。此外，所述上成形輥和/或所述下成形輥可以由多段成形輥構(gòu)成，所述多段成形輥為兩段或兩段以上，所述多段成形輥之間采用異向異速、異向同速、同向異速或同向同速方式旋轉(zhuǎn)。通過采用所述構(gòu)成方式，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)對所述分段成形輥分別進(jìn)行調(diào)形、支撐，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)對所述的多段成形輥分別施加轉(zhuǎn)矩，使所述板材兩側(cè)所受作用力與摩擦力異值反向、等值反向、異值同向或等值同向，從而使所述板材兩側(cè)異速或同速旋轉(zhuǎn)，異速或同速進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)成形或曲線送料成形。此外 ，可以在所述多段成形輥之間設(shè)置一個定心機(jī)構(gòu)，所述定心機(jī)構(gòu)用于固定所述板材上的一個點(diǎn)，使所述板材不能整體移動，而只能繞該點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。所述定心機(jī)構(gòu)主要由夾緊機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。通過采用所述構(gòu)成方式，所述定心機(jī)構(gòu)在所述夾緊機(jī)構(gòu)的作用下對所述板材的一個點(diǎn)進(jìn)行固定，使所述板材繞該固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，避免所述板材在旋轉(zhuǎn)過程中整體移動；所述定心機(jī)構(gòu)在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用下能夠隨所述板材一起繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)成形。此外，所述成形輥可以是母線為弧線的旋轉(zhuǎn)體。通過采用所述構(gòu)成方式，用母線為弧線的回轉(zhuǎn)體代替母線為直線的圓柱體，無需所述調(diào)形機(jī)構(gòu)對所述成形輥進(jìn)行調(diào)形，通過所述成形輥的母線變化來實(shí)現(xiàn)所述輥縫的不均勻度，使所述成形輥在無撓度或小撓度下旋轉(zhuǎn)，減小所述成形輥所受疲勞載荷，增加所述成形輥的工作壽命。此外，所述曲面軋制裝置，還具有用于對成形前后的所述板材進(jìn)行支撐的支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述板材進(jìn)口處和/或所述板材出口處。通過采用所述構(gòu)成方式，所述板材在大而薄的情況下，通過所述支撐機(jī)構(gòu)對成形前和/或成形后的板材進(jìn)行支撐，抑制板材在進(jìn)料和/或出料時由于重力等作用而產(chǎn)生的額外變形，提高成形質(zhì)量。此外，所述支撐機(jī)構(gòu)為采用具有高度調(diào)整功能的多點(diǎn)式支撐機(jī)構(gòu)、采用基于軟軸的柔性多點(diǎn)支撐機(jī)構(gòu)、或采用多個浮動支撐式單元中的任意一種。通過采用所述構(gòu)成方式，所述支撐機(jī)構(gòu)能夠?qū)Τ尚吻昂?或成形后的板材進(jìn)行支撐，所述支撐機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)所述的板材形狀調(diào)整支撐高度，以適應(yīng)所述板材的形狀，抑制板材在進(jìn)料和出料時由于重力等作用而產(chǎn)生的額外變形。如上所述，本發(fā)明提供一種板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，包括用于對板材進(jìn)行軋制的成形輥、對所述成形輥具有支撐與限位作用的調(diào)形機(jī)構(gòu)、以及用于使所述成形輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述成形輥包括上成形輥和下成形輥，所述上成形輥和/或所述下成形輥被多個所述調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐的所述上成形輥和/或所述下成形輥撓曲變形，并且使形成于所述上成形輥和下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)使所述上成形輥和/或所述下成形輥旋轉(zhuǎn)，從而使板材從所述輥縫中經(jīng)過。由此，該裝置能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。此外，本發(fā)明還提供了一種對板材進(jìn)行三維曲面成形的曲面軋制方法，其包括調(diào)形步驟和軋制步驟，在所述調(diào)形步驟中，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐的所述上成形輥和/或所述下成形輥撓曲變形，并且使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布；在所述軋制步驟中，所述板材從所述輥縫中經(jīng)過，所述上成形輥和/或所述下成形輥對所述板材進(jìn)行軋制成形。并且，可以在所述軋制步驟之前進(jìn)行所述調(diào)形步驟，或所述調(diào)形步驟與所述軋制步驟同時進(jìn)行。根據(jù)該方法，能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。


圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置100的示意圖。圖2是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置200的示意圖。圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置300的示意圖。圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置400的示意圖。圖5是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置500的示意圖。圖6是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置600的示意圖。圖7是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置700的示意圖。圖8是本發(fā)明的另一實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置800的示意圖。圖9是本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例示圖。圖10是本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)例示圖。附圖標(biāo)記說明1.成形輥la.上成形輥lb.下成形輥2.板材3.調(diào)形機(jī)構(gòu)4.定心機(jī)構(gòu)5.支撐機(jī)構(gòu)6.助輥7.銷軸8.軸套9.擺角塊10.支架11.螺釘12.調(diào)整體13.調(diào)形絲桿 100，200，300，400，500，600，700,800. · ·曲面軋制裝置
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明所涉及的曲面軋制裝置。圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置100的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。曲面軋制裝置100，包括用于對板材2進(jìn)行軋制的成形輥1 (在本領(lǐng)域通常也稱為工作輥)、對成形輥1具有支撐與限位作用的調(diào)形機(jī)構(gòu)3、以及用于使成形輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未圖示)；成形輥1包括上成形輥Ia和下成形輥lb，上成形輥Ia和下成形輥Ib分別被多個調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐，調(diào)形機(jī)構(gòu)3使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐的上成形輥Ia和下成形輥Ib 分別撓曲變形，并且使形成于上成形輥Ia和下成形輥Ib之間的輥縫(既在軋制過程中板材2所經(jīng)過的區(qū)域)呈非均勻分布，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使上成形輥Ia和下成形輥Ib旋轉(zhuǎn)，從而使板材2從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制成形。在圖1中，上成形輥Ia和下成形輥Ib分別采用直徑較小的圓柱輥，在調(diào)形機(jī)構(gòu)3 的作用下使上成形輥Ia和下成形輥Ib分別產(chǎn)生不同的撓曲，并且使形成于上成形輥Ia和下成形輥Ib之間的輥縫非均勻分布；并且中央部位輥縫小于兩側(cè)部位輥縫，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)在成形輥1的一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，使板材2在寬度方向的同一橫截面內(nèi)的不同部位產(chǎn)生不同變形或不同壓縮比，進(jìn)而使板材在寬度方向上各點(diǎn)縱向延伸不均勻，最終使板材在軋制過程中產(chǎn)生變形，以實(shí)現(xiàn)三維曲面成形。此外，在此曲面軋制裝置100中，也可以有如下情形，但不局限于此。曲面軋制裝置100中的成形輥1的輥縫呈非均勻分布，且中央部位的輥縫值大于兩側(cè)部位的輥縫值，或一側(cè)部位的輥縫值小于另一側(cè)部位的輥縫值，或輥縫形狀為波浪形，以實(shí)現(xiàn)不同曲面的成形；也可以在成形過程中通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3對成形輥1的撓曲程度實(shí)時進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)自由曲面成形；還可以通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3和/或整體移位機(jī)構(gòu)(未圖示)實(shí)時對無撓曲的成形輥 1的整體輥縫進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)變截面板的軋制。此外，在成形輥1無撓曲的情況下，通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3對各成形輥1的多點(diǎn)支撐作用，以增加各成形輥1的剛度，并通過所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)對成形輥1的一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)采用兩個小直徑成形輥1來實(shí)現(xiàn)薄板軋制或變截面板軋制。圖2是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置200的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。為了簡潔說 明，以下僅對曲面軋制裝置200與曲面軋制裝置100的不同之處進(jìn)行說明。曲面軋制裝置200的上成形輥Ia和下成形輥Ib也都采用直徑較小的圓柱形輥，但在調(diào)形機(jī)構(gòu)3的作用下僅使其中一個成形輥1產(chǎn)生撓曲，從而使兩成形輥1中央部位的輥縫值小于兩側(cè)部位的輥縫值。所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)在成形輥1一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，使板材2在連續(xù)軋制過程中的不同部位產(chǎn)生不同的塑性變形而成為曲面形狀。當(dāng)然也可以使兩成形輥 1的兩側(cè)部位的輥縫值小于中央部位的輥縫值，或者是一側(cè)部位的輥縫值小于另一側(cè)部位輥縫值，或是輥縫形狀為波浪形。還可以在成形過程中通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3實(shí)時對成形輥的撓曲程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)自由曲面成形；此外，在成形輥1無撓曲的情況下，通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3 對各成形輥1的多點(diǎn)支撐作用，以增加各成形輥1的剛度，并通過所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)對成形輥1 的一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)采用兩個小直徑成形輥1來實(shí)現(xiàn)薄板軋制或變截面板軋制。圖3是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置300的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。曲面軋制裝置300，分別采用了分成為兩段的上成形輥Ia和下成形輥lb，通過對分段的成形輥1施加不同方向、不同大小的轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)板材2的旋轉(zhuǎn)成形或曲線送料成形。 通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3使上成形輥Ia和下成形輥Ib分別產(chǎn)生撓曲，并且使輥縫呈現(xiàn)非均勻分布， 且中央部位輥縫值小于兩側(cè)部位輥縫值，通過所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)對各個分段的成形輥施加不同方向、不同大小的轉(zhuǎn)矩，使板材2旋轉(zhuǎn)成形或曲線送料成形，從而使板材2在中央部位的塑性變形大于兩側(cè)部位的塑性變形。當(dāng)然也可以使中央部位輥縫值大于兩側(cè)部位輥縫值，從而使板材2在中央部位的塑性變形小于兩側(cè)部位的塑性變形。也可以使一側(cè)部位輥縫值小于另一側(cè)部位輥縫值，從而使板材2 —側(cè)部位的塑性變形大于另一側(cè)部位的塑性變形。圖4是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置400的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。為了使說明簡潔，以下僅對曲面軋制裝置400與曲面軋制裝置300的不同之處進(jìn)行說明。曲面軋制裝置400，在分成為兩段的上成形輥Ia和下成形輥Ib的段與段之間設(shè)置工件定心機(jī)構(gòu)4。定心機(jī)構(gòu)4使板材2在成形過程中繞定心軸轉(zhuǎn)動，防止板材2在旋轉(zhuǎn)成形時整體產(chǎn)生移位。圖5是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置500的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。曲面軋制裝置500中，上成形輥Ia和下成形輥Ib的母線為弧線，在不具有撓度的情況下使形成于兩個成形輥1之間的輥縫呈非均勻分布，并且中央部位的輥縫值小于兩側(cè)部位的輥縫值。調(diào)形機(jī)構(gòu)3對成形輥1進(jìn)行支撐，也可以使成形輥1產(chǎn)生撓曲。當(dāng)然也可以使兩個成形輥1中央部位的輥縫值大于兩側(cè)部位的輥縫值，或者一側(cè)部位的輥縫值小于另一側(cè)部位的輥縫值。從而使板材2不同部位產(chǎn)生不均勻的塑性應(yīng)變。
圖6是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置600的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。為了使說明簡潔，以下僅對曲面軋制裝置600與曲面軋制裝置500的不同之處進(jìn)行說明。曲面軋制裝置600，采用的上成形輥Ia和下成形輥Ib中，僅下成形輥Ib的母線為弧線 上成形輥Ia的母線為直線，在不產(chǎn)生撓曲的情況下使兩個成形輥1中間的輥縫值小于兩端的輥縫值。所述調(diào)形機(jī)構(gòu)3對成形輥1進(jìn)行支撐，也可以使成形輥1產(chǎn)生撓曲。當(dāng)然也可以使兩個成形輥1中央部位的輥縫值大于兩側(cè)部位的輥縫值，或一側(cè)部位的輥縫值小于另一側(cè)部位的輥縫值，從而使板材2不同部位產(chǎn)生不均勻的塑性應(yīng)變。此外，該裝置也可以是僅上成形輥Ia的母線為弧線，下成形輥Ib的母線為直線。圖7是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置700的示意圖，是在板材從輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，與板材經(jīng)過的方向相垂直的方向上的截面示意圖。曲面軋制裝置700，在被軋制的板材2的進(jìn)口和出口處各采用了一排具有高度調(diào)整功能的多點(diǎn)式支撐機(jī)構(gòu)5。同樣，也可以采用基于軟軸的柔性多點(diǎn)支撐機(jī)構(gòu)，或采用多個離散浮動式支撐的裝置，對板材2的進(jìn)口處和出口處進(jìn)行支撐。圖8是本發(fā)明的另一個實(shí)施方式所涉及的曲面軋制裝置800的示意圖，是在板材從輥縫經(jīng)過并被軋制的過程，與板材經(jīng)過的方向相平行的方向上的截面示意圖。曲面軋制裝置800，在板材2的進(jìn)口方向和出口方向上分別采用了多排具有高度調(diào)整功能的多點(diǎn)式支撐機(jī)構(gòu)5。同樣，也可以采用基于軟軸的柔性多點(diǎn)支撐機(jī)構(gòu)，或采用多個離散浮動式支撐的裝置，對板材2的進(jìn)口處和出口處進(jìn)行支撐。圖9是本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例示圖。本段僅為了進(jìn)行具體說明，本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)并不局限于此。成形輥1被軸套8約束，軸套8嵌在擺角塊9中；擺角塊9與支架10用銷軸7連接，通過擺角塊9的擺動可以保證成形輥1在調(diào)形時具有連續(xù)圓滑的撓曲；支架10與調(diào)整體12用螺釘11連接，通過調(diào)形絲桿13的轉(zhuǎn)動帶動調(diào)整體12及支架10上下移動，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)形功能。為了增加軸套8的耐磨性，軸套8可選用銅等耐磨性材料。為了減小摩擦可以在軸套8內(nèi)添加潤滑油。整個調(diào)形機(jī)構(gòu)3通過調(diào)形絲桿13的轉(zhuǎn)動來控制成形輥1在被所述調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐部位的撓度。使用多個調(diào)形機(jī)構(gòu)3對成形輥1在軸向上進(jìn)行多點(diǎn)控制，可以根據(jù)需要調(diào)整成形輥1的撓曲程度，并實(shí)現(xiàn)上成形輥Ia和下調(diào)形輥Ib之間輥縫在軸向上非均勻分布。圖10是本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)例示圖。本段僅為了進(jìn)行具體說明，本發(fā)明中所涉及的調(diào)形機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)并不局限于此。成形輥1和兩個輔助輥6被軸套 8約束，軸套8嵌在擺角塊9中，擺角塊9與支架10用銷軸7連接，通過擺角塊9的擺動可以保證成形輥1在調(diào)形時具有連續(xù)圓滑的撓曲；支架10與調(diào)整體12用螺釘11連接，通過調(diào)形絲桿13的轉(zhuǎn)動帶動調(diào)整體12及支架10上下移動，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)形功能。通過輔助輥6 對成形輥1在輥身部位施加轉(zhuǎn)矩，以增加成形輥1的轉(zhuǎn)動扭矩。為了增加軸套8的耐磨性， 軸套8可選用銅等耐磨性材料。為了減小摩擦可以在軸套8內(nèi)添加潤滑油。整個調(diào)形機(jī)構(gòu) 3通過調(diào)形絲桿13的轉(zhuǎn)動來控制成形輥1在被所述調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐部位的撓度。使用多個調(diào)形機(jī)構(gòu)3對成形輥1在軸向上進(jìn)行多點(diǎn)控制，可以根據(jù)需要調(diào)整成形輥1的撓度，并實(shí)現(xiàn)上成形輥Ia和下調(diào)形輥Ib之間輥縫在軸向上非均勻分布。此外，本發(fā)明還提供了一種對板材2進(jìn)行三維曲面成形的曲面軋制方法，其包括調(diào)形步驟和軋制步驟。在所述調(diào)形步驟中，上成形輥Ia和/或下成形輥Ib被多個所述調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)3使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)3支撐的所述上成形輥Ia和/或下成形輥 Ib撓曲變形，并且使形成于所述上成形輥Ia和下成形輥Ib之間的輥縫呈非均勻分布；在所述軋制步驟中，板材2從所述輥縫中經(jīng)過，所述上成形輥Ia和/或下成形輥Ib對板材2 進(jìn)行軋制成形。在該方法中，調(diào)形步驟可以在軋制步驟之前進(jìn)行，也可以是調(diào)形步驟與軋制步驟同時進(jìn)行，既在對板材2進(jìn)行軋制的同時改變上成形輥Ia和下成形輥Ib的撓曲程度， 并改變成形輥1之間的輥縫形狀。根據(jù)該方法，能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)對板材2 進(jìn)行三維曲面成形。此外，通過調(diào)形機(jī)構(gòu)3對無撓曲的成形輥1進(jìn)行支撐，調(diào)形機(jī)構(gòu)3和/ 或整體移位機(jī)構(gòu)在成形前且不改變工作輥1撓曲的情況下 調(diào)節(jié)輥縫值，或者調(diào)形機(jī)構(gòu)3和/ 或整體移位機(jī)構(gòu)在成形過程中且不改變工作輥1撓曲的情況下調(diào)節(jié)輥縫值。根據(jù)該方法， 能夠簡單、快速并且低成本地實(shí)現(xiàn)薄板軋制或變截面板軋制。
權(quán)利要求
1.一種用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，包括用于對板材進(jìn)行軋制的成形輥、 對所述成形輥具有支撐與限位作用的調(diào)形機(jī)構(gòu)、以及用于使所述成形輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)， 其特征在于所述成形輥包括上成形輥和下成形輥；所述上成形輥和/或所述下成形輥被多個所述調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐；所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐的所述上成形輥和/或所述下成形輥撓曲變形，并使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布； 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，對所述上成形輥和/或所述下成形輥的一端或兩端施加轉(zhuǎn)矩，使所述上成形輥和/或所述下成形輥旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制成形前，根據(jù)需要調(diào)整所述成形輥的撓曲程度，并調(diào)整所述輥縫的不均勻度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述成形輥無撓曲的情況下仍對所述成形輥具有支撐作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述調(diào)形機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，根據(jù)需要實(shí)時改變所述成形輥的撓曲程度，并使所述輥縫的不均勻度實(shí)時發(fā)生變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述調(diào)形機(jī)構(gòu)對所述成形輥輥身部位施加轉(zhuǎn)矩，以輔助所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)或取代所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于包括對所述成形輥的整體位置進(jìn)行控制的整體移位機(jī)構(gòu)，在所述板材從所述輥縫中經(jīng)過并被軋制的過程中，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)和/或所述整體移位機(jī)構(gòu)在不改變所述成形輥原有撓曲程度的情況下實(shí)時對所述成形輥的相對高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)時對所述輥縫整體進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述上成形輥和所述下成形輥各為一個或多個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述上成形輥和/或所述下成形輥由多段成形輥構(gòu)成，所述多段成形輥為兩段或兩段以上，述多段成形輥之間采用異向異速、異向同速、同向異速或同向同速方式旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于在所述多段成形輥的段與段之間設(shè)置一個定心機(jī)構(gòu)，所述定心機(jī)構(gòu)用于固定所述板材上的一個點(diǎn)，使所述板材不能整體移動而只能繞該點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于 所述成形輥是母線為弧線的旋轉(zhuǎn)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于還具有用于對成形前后的所述板材進(jìn)行支撐的支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述板材進(jìn)口處和/或所述板材出口處。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置，其特征在于所述支撐機(jī)構(gòu)為采用具有高度調(diào)整功能的多點(diǎn)式支撐機(jī)構(gòu)、采用基于軟軸的柔性多點(diǎn)支撐機(jī)構(gòu)、或采用多個浮動支撐式單元中的任意一種。
13.一種用于板材三維曲面成形的曲面軋制方法，其特征在于包括調(diào)形步驟和軋制步驟，在所述調(diào)形步驟中，具有支撐與限位作用的調(diào)形機(jī)構(gòu)使被該調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐的用于對板材進(jìn)行軋制的上成形輥和/或下成形輥撓曲變形，并使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布；在所述軋制步驟中，板材從所述輥縫中經(jīng)過，所述上成形輥和/或所述下成形輥對所述板材進(jìn)行軋制成形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于板材三維曲面成形的曲面軋制方法，其特征在于在所述軋制步驟之前進(jìn)行所述調(diào)形步驟，或所述調(diào)形步驟與所述軋制步驟同時進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于板材三維曲面成形的曲面軋制裝置和方法，屬機(jī)械工程領(lǐng)域。所述裝置包括成形輥、調(diào)形機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述成形輥包括上成形輥和下成形輥，所述上成形輥和/或所述下成形輥被多個所述調(diào)形機(jī)構(gòu)支撐，所述調(diào)形機(jī)構(gòu)使被其支撐的成形輥和/或撓曲變形，并使形成于所述上成形輥和所述下成形輥之間的輥縫呈非均勻分布，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)使所述上成形輥和/或所述下成形輥旋轉(zhuǎn)而使板材從所述輥縫中經(jīng)過。所述方法，包括調(diào)形步驟和軋制步驟，在調(diào)形步驟中，調(diào)形機(jī)構(gòu)使上成形輥和/或下成形輥撓曲變形，并使輥縫呈非均勻分布；在軋制步驟中，板材從所述輥縫中經(jīng)過被軋制成形。本發(fā)明能夠簡單、快速、低成本地實(shí)現(xiàn)對板材的三維曲面成形。
文檔編號B21D13/04GK102380532SQ20111036887
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月19日
發(fā)明者劉志衛(wèi), 李任君, 李明哲, 蔡中義, 隋振, 韓奇鋼 申請人:吉林大學(xué)