一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法
阅读说明：本技术 一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法 (Skin forming and trimming integrated tool and using method ) 是由 何慧敏 刘伟 李保永 秦中环 刘吉琛 李建伟 肖瑞 韩冰 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法,通过气缸、活动上模、活动下模,固定剪刀和剪切模之间的配合实现了蒙皮成形和切边的一体化,使活动上模在向下运动的过程中一次性完成成形和切边,且整体过程稳定、可控性强,具有效率高,精度高,成本低,取件容易,对环境无污染,设备操作简单易行等优势。(The invention provides a skin forming and trimming integrated tool and a using method thereof, which realize the integration of skin forming and trimming through the cooperation of an air cylinder, a movable upper die, a movable lower die, a fixed shear and a shearing die, ensure that the movable upper die completes the forming and trimming at one time in the downward movement process, and have the advantages of stable integral process, strong controllability, high efficiency, high precision, low cost, easy workpiece taking, no pollution to the environment, simple and easy equipment operation and the like.)
技术领域
本发明属于热成形加工领域，涉及到一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法。
背景技术
上下两层蒙皮成形、切边后将与两层芯板边缘对齐焊接成一密封整体，再在热成型设备中加热至一定温度，随后往上下蒙皮和芯板之间，以及两层芯板之间充入惰性气体进行超塑成形和扩散连接，上下蒙皮贴模成形出零件外形，两层芯板形成内部加强筋。为保证焊接后的气密性，防止在充气过程中漏气，蒙皮切边后的尺寸误差应控制在1.5mm以内。传统的技术方案是先热压成形后切边，期间共涉及两个工装(分别是成形工装和切割定位工装)。两次定位，工作成本高，并且第二次定位精度不易控制，此外，三维激光切割机对环境有污染，其使用会受到一定的限制。不能满足生产中提高效率，降低成本，保证精度和保护环境等要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法，通过气缸、活动上模、活动下模，固定剪刀和剪切模之间的配合实现了蒙皮成形和切边的一体化，使活动上模在向下运动的过程中一次性完成成形和切边，且整体过程稳定、可控性强，具有效率高，精度高，成本低，取件容易，对环境无污染，设备操作简单易行等优势。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装，包括活动上模，活动下模，气缸，固定剪刀，剪切模，下模座和定位挡板；
所述固定剪刀设于活动上模外围，且与活动上模固定连接，剪切模固定于定位挡板上端；所述定位挡板固定安装于下模座上；
所述气缸中的活塞杆与活动下模固定连接，调整气缸内部压强支撑活动下模，使活动上模和活动下模对合后在向下运动过程中逐渐达到蒙皮成形所需压强，进行成形；蒙皮成形后，活动上模向下运动带动固定剪刀与剪切模进行配合，实现蒙皮切边。
进一步的，气缸设有进气阀和出气阀，通过进气阀和出气阀调整气缸内部压强。
进一步的，所述定位挡板围成的空间形状与活动上模及活动下模相匹配，用于活动上模与活动下模的定位。
进一步的，剪切模设于定位挡板的内壁，固定剪刀与剪切模进行配合时，固定剪刀位于剪切模的内侧。
进一步的，所述一种蒙皮成形和切边一体化工装还包括设于气缸内部的压强传感器，用于检测气缸内部的压强。
进一步的，调整气缸内部压强与环境压强相同时，活动下模的高度小于定位挡板上端的高度；调整气缸内部压强，使活动上模和活动下模对合后在向下运动过程中逐渐达到蒙皮成形所需压强时，活动下模的高度大于定位挡板上端的高度。
一种蒙皮成形和切边一体化工装的使用方法，包括以下步骤：
S1调整气缸内部压强，使活动下模处于正常落下状态，通过定位挡板，实现活动上模和活动下模的合模定位；
S2将权利要求1-4任一项所述的一种蒙皮成形和切边一体化工装安装于热成型设备中，使活动上模向上运动；
S3在热成型设备中将活动上模和活动下模升温至成形所需温度，调整气缸内部压强支撑活动下模，使活动下模高于剪切模一定高度h，热成型设备上平台控制活动上模向下运动，与活动下模对合并继续向下运动，直至所述活动上模和活动下模之间达到蒙皮成形所需压强，进行成形；
S4成形完毕后，活动上模向下运动，直至固定剪刀与剪切模配合，完成切边；
S5向上抬起活动上模，活动下模在气缸的作用下回弹至高于剪切模的位置，取出蒙皮。
进一步的，所述步骤S3中，包括以下步骤：
S31调整气缸内部压强，将活动下模顶出至高于剪切模h的高度；
S32将板料放在活动下模上，使活动上模向下运动至与活动下模对合，继续向下运动带动活动下模向下压缩气缸内气体，直至气缸内部气体对活动下模的支撑力和活动上模的下压力共同作用使活动上模和活动下模之间达到蒙皮成形所需压强后，活动上模停止运动，进行成形。
进一步的，所述步骤S5中，活动下模在气缸的作用下回弹至高于剪切模h的位置。
进一步的，所述步骤S31中的高度h根据蒙皮成形时所需压强P得到；所述步骤S4固定剪刀与剪切模配合时，气缸的内部压力大于所述压强P。
进一步的，所述高度h＞P×t/P1，其中，P1为压缩气缸内气体将活动下模顶出至高于剪切模h的高度时的气缸内部压强，t为活动下模处于正常落下状态时，剪切模高于活动下模的距离，t为常数。
热成型设备上平台带动活动上模向下运动时，与高于挡板上端高度的活动下模刚开始接触时，还未达到成形所需压力。之后，活动上模带动活动下模一起向下运动，将气缸内的气体压缩，气体压缩会给活动下模一个反作用力，这个力随着活动下模向下运动会越变越大，直至达到蒙皮成形所需压强，此时活动下模的高度稍微大于定位挡板上端的高度即可。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法，首次通过气缸、活动上模、活动下模，固定剪刀和剪切模之间的配合实现了蒙皮成形和切边的一体化，使活动上模在向下运动的过程中一次性完成成形和切边，提高生产效率，节约成本；
(2)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法，首次利用可调整内部压力的气缸获得成形所需压力，同时使活动下模的运动及合模后的活动上模和活动下模的整体运动更为稳定，可控；
(3)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装，活动下模向下运动，实现先成形后切边的目的，气缸连接在下模，可实现切边后利用压缩气体的作用将活动下模顶出，给取料带来便利；
(4)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法，避免了三维激光切割机的使用，减少了污染，此外，采用本发明工装一次定位，即可完成蒙皮先成形后切边，不需二次定位，保证了切割精度。
(5)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装的使用方法，可操作性强，严格控制蒙皮在切边前完成完整的成形过程，防止蒙皮还未完全贴模成形便被切割，影响成形精度。
(6)本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装及使用方法，工装及使用方法简单，有利于降低成本，在热成形加工领域中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种蒙皮成形和切边一体化工装的结构示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明针对蒙皮提出了一种成形和切边一体化的工装和使用方法。如图1所示，定位挡板9固定在下模座3上，可实现活动上模1和活动下模2的定位。活动上模1外围设有固定剪刀4，定位挡板9内围设有剪切模5，固定剪刀4与剪切模5之间相互作用可实现材料的切割。气缸6内部的压强可以实时读出，气缸6固定在下模座3上，配有进气阀10和出气阀11，充入或导出惰性气体可实现气缸6内部活塞8和活塞杆7的上下运动，活动下模2与活塞杆7固定连接，通过活塞8实现上下垂直移动。
非工作状态时，进气阀10关闭，出气阀11开启，活动下模2处于落下状态，活动下模2与活动上模1的定位通过定位挡板9实现，即非工作状态时，活动上模1与活动下模2合模，此时活动上模1与活动下模2均处于定位挡板9围成的空间中，通过定位挡板9对其除竖直方向以外的各方向进行限位。
成形准备阶段时，先将工装加热至成形温度T，保温一定时间后，开启进气阀10，关闭出气阀11，向气缸6中充入惰性气体，使活动下模2顶出至高于剪切模5一定高度h，关闭进气阀10。高度h的选择可近似根据蒙皮成形时的压强计算出，保证后续切边时气缸内气体被压缩产生的压强大于蒙皮成形时所需的压强P。
假设蒙皮成形前后，气体的温度稳定不变，为成形温度。根据PV＝nRT，P1V1＝P2V2，其中P1为压缩气缸内气体将活动下模2顶出至高于剪切模h的高度时的气缸6内部压强，P2为切边(h＝0)时气缸内的压强，A是气缸6的横截面积，则P1AH＝P2A(H-h)，P2/P1＝H/H-h，其中H是活动下模2顶出高度为h时气缸6内活塞8相对于下模座3的高度。假设当H＝0时，即气缸6内压强为一个标准大气压，活动下模处于正常落下状态时，剪切模5高于活动下模2的距离为t，则这里H-h为一定值t，故P2/P1＝H/t。模具的重力F＝P1A，要使切边时，零件所承受的压强大于成形压强P，则P2A＞P1A+F，P2＞P1+F/A，假设F/A≈P，得到P2＞P1+P，将P2/P1＝H/t，H-h＝t代入，得到hP1＞Pt，即h＞P×t/P1。
成形时，活动上模1下行，开始与活动下模2接触，由于气缸6的存在，活动上模1的运动不会停止，会带动活动下模2一起向下运动，气缸6的惰性气体被压缩，压力逐渐增大，蒙皮发生变形，活动上模1和活动下模2之间逐渐达到蒙皮成形时所需的压力P，保压一定时间后，活动上模1仍继续下行，当与其固定连接的固定剪刀4与定位挡板9上的剪切模5接触，蒙皮被切割，此时切边结束，蒙皮热成形和切边整体工艺结束。
蒙皮热成形和切边结束后，控制活动上模1向上运动，气缸6内的压缩气体将活塞8向上顶出，活塞杆7带动活动下模2向上运动，直至回弹至起始高度h，取料结束。
与目前的生产方式相比，该技术方案可一次完成蒙皮的成形和切边，提高生产效率，节约成本。气缸6的选择使活动下模2的运动更为稳定，可控，活动下模2向下运动，实现先成形后切边的目的，活动下模2向上运动，将蒙皮带出，也给取料带来便利。
实施例1
本实例提供了一种蒙皮成形和切边一体模具的使用方法。
(1)定位：进气阀关闭10，出气阀开启11，使活动下模2处于正常落下状态，根据定位挡板9，实现活动上模1与活动下模2的定位。
(2)装模：分别将活动上模1和下模座3固定在热成形设备中。
(3)计算：根据蒙皮成形时压强P确认合适的顶出高度h，h为活动下模2相对于剪切模5的高度，保证hP1＞Pt，其中P1为压缩气缸内气体将活动下模2顶出至高于剪切模5h的高度时的气缸6内部压强，t为活动下模2处于正常落下状态时，剪切模5高于活动下模2的距离。保证切边时气缸6内气体被压缩产生的压强大于蒙皮成形时所需的压强。
(4)成形准备：将活动上模1和活动下模2升温至成形温度，保温一定时间后，开启进气阀10，关闭出气阀11，向气缸6中缓慢充入惰性气体，直至活动下模2顶出至高于剪切模5一定高度h，如图1所示。
(5)成形：将板料放在活动下模2上，保温一段时间后，开始成形。活动上模1向下移动的过程中会先与活动下模2接触，由于气缸6的存在，活动上模1的运动不会停止，会带动活动下模2一起向下运动，气缸6的惰性气体被压缩，压力逐渐增大，直至达到蒙皮成形时所需的压力，保压一定时间后，成形阶段结束。
(6)切边：活动上模1继续下行，直至与其固定连接的固定剪刀4与定位挡板9上的剪切模5接触，蒙皮被切割，此时切边结束。
(7)脱模取件：当活动上模1向上抬起时，气缸6内的压缩气体将活塞8向上顶出，活塞杆7带动活动下模2向上运动，直至回弹至起始高度h，这时，将成形好的蒙皮取出。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
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