[发明专利]用于板材三维曲面成形的曲面轧制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种曲面轧制装置，具体而言，涉及一种用于对板材进行三维曲面成形的曲面轧制装置，属于机械工程领域。本发明还涉及与此相对应的曲面轧制方法。

背景技术

目前的板材三维曲面成形装置主要采用模具成形，其制模、调模成本高、周期长，而用模具成形大尺寸三维曲面就需要大型模具与大型压力机。模具成形方法加工周期长，需要投入大量的人力、物力，无法满足小批量或个性化生产的需要；尤其对于大尺寸的三维曲面零件采用模具的方式根本不切合实际，若采用手工成形方式，则加工质量差、劳动强度大、生产效率低。

发明内容

在现有技术中，传统的卷板装置可以实现圆柱、圆锥等简单曲面的成形，却难于实现真三维曲面的成形。三维柔性卷板加工方法虽然能够成形三维曲面，但是其采用离散的工作辊，板材表面质量不高，因此其应用和发展受到限制。

鉴于上述情况，本发明的目的在于：提供一种能够简单、快速并且低成本地实现对板材进行三维曲面成形的曲面轧制装置，以及与此相对应的方法。

本发明提供一种板材三维曲面成形的曲面轧制装置，包括用于对板材进行轧制的成形辊、对所述成形辊具有支撑与限位作用的调形机构、以及用于使所述成形辊旋转的驱动机构，其中，所述成形辊包括上成形辊和下成形辊；所述上成形辊和/或所述下成形辊被多个所述调形机构支撑；所述调形机构，使被该调形机构支撑的所述上成形辊和/或所述下成形辊挠曲变形，并使形成于所述上成形辊和所述下成形辊之间的辊缝呈非均匀分布；所述驱动机构，对所述上成形辊和/或所述下成形辊的一端或两端施加转矩，使板材从所述辊缝中经过并被轧制成形。

通过采用所述构成方式，使所述上成形辊和/或所述下成形辊具有一定的挠度，并且使形成于所述上成形辊和所述下成形辊之间的辊缝呈非均匀分布，从而使所述板材在宽度方向的同一横截面内的不同部位产生不同变形及不同压缩比，进而使所述板材在宽度方向上各点纵向延伸不均匀，最终使所述板材在轧制过程中产生变形，以实现三维曲面成形。需要指出的是，该装置能够实现长尺寸的三维曲面零件的成形。该装置所需成形力小，可以在小设备上实现大型板材的连续成形。该装置与传统的模具成形装置相比，省去模具的设计、制造和调试工序，缩短生产周期，提高工作效率，降低加工成本；与手工成形的方式相比，提高板件的表面质量，节省物力、人力和加工时间。因此，本发明所涉及的曲面轧制装置能够简单、快速并且低成本地实现板材的三维曲面成形。

此外，所述调形机构，在所述板材从所述辊缝中经过并被轧制成形前，根据需要调整所述成形辊的挠曲程度，并调整所述辊缝的不均匀度。

通过采用所述构成方式，所述成形辊的挠曲程度在轧制前被所述调形机构调节为需要的程度，并且使形成于所述上成形辊和所述下成形辊之间的辊缝非均匀分布，从而使所述板材在宽度方向的同一横截面内的不同部位产生不同变形及不同压缩比，进而使所述板材在宽度方向上各点纵向延伸不均匀，最终使所述板材在轧制过程中产生变形，以实现三维曲面成形。

此外，所述调形机构，在所述成形辊无挠曲的情况下仍对所述成形辊具有支撑作用。

通过采用所述构成方式，所述调形机构能够对所述成形辊进行支撑，以增加所述成形辊的强度和刚度，代替多辊轧制中支承辊对工作辊的支撑作用，避免所述成形辊在轧制过程中的变形，实现薄板轧制或变截面板轧制。

此外，所述调形机构，在所述板材从所述上成形辊和下成形辊之间的所述辊缝中经过并被轧制的过程中，根据需要实时改变所述成形辊的挠曲程度，并使所述辊缝的不均匀度实时发生变化。

通过采用所述构成方式，所述调形机构在所述板材被轧制过程中实时调节所述上成形辊和/或所述下成形辊的挠曲程度，使形成于所述上成形辊和所述下成形辊之间的辊缝形状实时变化，进而使所述板材在不同时间、不同部位产生不同的应变，以实现自由曲面的轧制成形。

此外，所述调形机构，在所述板材从形成于所述上成形辊和所述下成形辊之间的辊缝中经过并被轧制的过程中，所述调形机构对所述成形辊辊身部位施加转矩，以辅助所述驱动机构或取代所述驱动机构。

通过采用所述构成方式，所述调形机构辅助所述驱动机构对所述成形辊被支撑部位施加扭矩，减小所述成形辊因与所述板材作用而产生的力矩，增加所述成形辊整体转动扭矩，避免所述成形辊中央部位产生转动滞后现象，同时增加所述成形辊的工作寿命。或者所述调形机构可以取代所述驱动机构，对所述成形辊辊身部位施加转矩，使所述成形辊仅在所述调形机构的驱动下，保证所述成形辊轧制曲面时的所需转动力矩。