本发明属于铝合金型材精深加工领域，涉及一种多功能铝型材拉弯成型模具及拉弯成型工艺，尤其涉及一种用于航空大型高强角材实现高精度、变曲率及壁厚拉弯的成型模具及拉弯成型工艺。
背景技术：
铝合金具有质量轻，塑造性强的特点，广泛应用于航空、航天、汽车、工业等领域，是当今社会不可或缺的主流金属材料。在铝合金精深加工方面，型材折弯工艺在铝合金型材精深加工领域占有重要比例，数控折弯设备吨位逐渐增大，工艺水平日趋完善，高强度铝合金折弯型材产品的社会及市场需求量巨大。
铝合金折弯工艺主要包括拉弯成型、辊弯成型及压弯成型，每种工艺有其独到的优势，本发明所涉及的拉弯成型工艺，通过型材数控拉弯机配合拉弯模具及钳口实现。数控拉弯机简图如图1所示，加工前将拉弯工装及钳口依次安装在数控拉弯机上，两端拉伸缸配合钳口将铝合金型材夹紧并进行预拉伸，经过初步预拉伸后，设备转臂匀速转动使铝合金型材包覆拉弯工装从而获得所需弧度，弯曲过程结束后根据产品要求进行相应补拉伸，完成拉弯加工后卸载零件，获得所需弧度型材产品。
现有技术中存在以下几方面不足：
一、现有拉弯工装大多为专用工装，不具备通用性，针对高精度、小批量、多种弧度铝合金型材生产，需根据产品不同弧度和壁厚或变曲率和变壁厚要求设计多套拉弯工装，而且由于型材牌号不同，工装回弹量预留设计难度较大，新产品往往需要设计多套弧度不同工装进行试制摸索，原材料及工装成本极高；
二、不同弧度铝合金型材拉弯加工时，传统拉弯工装由于弧度固定，需频繁拆卸更换，易影响工装精度，从而导致产品弧度超差。工装的多次安装拆卸也会使加工时长增加，且过程中人为因素影响较大，难以规范化控制。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明为了解决现有高强铝合金角铝型材拉弯工装设计简单、无通用性、工装费用高、人工安装拆卸工作量大且易影响工装精度的问题，提供一种多曲率规格、变壁厚、高强度、高精度角铝型材拉弯成型模具及拉弯成型工艺，在降低工装费用、优化工装设计的同时，降低人工成本，减少人工因素对加工过程的影响，提高加工效率及最终成品率。
为达到上述目的，本发明提供一种多功能铝型材拉弯成型模具，包括工装底板和若干条固定安装在工装底板上呈辐射状的弧度定位块滑道，弧度定位块滑道上滑动安装有弧度定位块，弧度定位块包括圆弧形定位块和微调定位块，微调定位块的纵向开设有螺栓连接孔，通过在螺栓连接孔内插入螺栓紧固件将微调定位块固定在弧度定位块滑道上，圆弧形定位块与微调定位块相对的一侧两端均开设有t型槽，每个t型槽内滑动安装有高度调节螺母，微调定位块内穿设有螺杆，微调定位块与圆弧形定位块相对一侧的螺杆上螺纹安装有与高度调节螺母相对应的弧度微调螺母，微调定位块远离圆弧形定位块一侧的螺杆上螺纹安装有紧固螺母。
进一步，工装底板上开设有2个以上定位安装孔，通过定位安装孔内插入螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上。
进一步，弧度定位块滑道上开设有弧度定位刻度线，通过弧度定位刻度线能够调节弧度定位块的弧度。
进一步，工装底板上端固定安装有预拉伸应变控制刻度线，用于铝型材对中和拉弯过程中预拉伸量控制。
一种多功能铝型材拉弯成型模具的拉弯成型工艺，包括以下步骤：
a、在定位安装孔内插入合适的螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上调整并紧固；
b、微调定位块通过弧度定位块滑道上的弧度定位刻度线确定位置，并通过在螺栓连接孔内插入合适的螺栓紧固件与工装底板固定连接；
c、根据零件不同弧段位置壁厚，将圆弧形定位块移动至合适位置，根据零件不同弧度处的厚度调节圆弧形定位块高度，调节圆弧形定位块上高度调节螺母的位置使其与微调定位块上弧度微调螺母相对；
d、根据零件不同段的弧度以及所需回弹量调节弧度微调螺母，使圆弧形定位块和微调定位块中间间隙满足微调最终弧度，并采用紧固螺母进行紧固；
e、拉弯成型模具曲率弧度外形确定后，将待拉弯型材放置在拉弯成型模具外侧，采用与之匹配的加工工艺进行拉弯加工。
进一步，步骤e待拉弯型材的拉弯工艺为：首先将拉弯成型模具安装在数控拉弯机上，根据拉伸缸钳口及待拉弯型材需要调整工装高度并固定；完成工装安装后采用设备传感器进行数控程序采集，采集数据录入设备并试运转测试无误后进行上机加工；型材上机时采用钳口将型材两端夹紧固定，调整拉伸缸位置使型材与工装边线接触，待拉弯型材处于待拉弯加工状态。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的多功能铝型材拉弯成型模具是一种能够设计多曲率规格，高强、高精度角铝型材拉弯工装，可实现弧度及壁厚快速调节，适用于多曲率、变壁厚高强度铝合金角铝型材的拉弯加工。解决了新产品需要多套不同曲率规格工装进行工艺试制摸索的问题，降低了生产及试制成本。
2、本发明所公开的多功能铝型材拉弯成型模具可根据产品不同弧度外形作出相对应的曲率调节，取代传统专用工装，避免了因频繁拆卸安装影响工装精度，有效降低了时间成本及人为因素影响，使生产过程便于规范化控制，提高了产品的最终成品率。同时，结合工装设计确定相应的拉弯工艺方案。
3、本发明所公开的多功能铝型材拉弯成型模具，针对现有高强铝合金角铝型材拉弯工装设计简单、无通用性、工装费用高、人工安装拆卸工作量大且易影响工装精度等问题，该多曲率规格、变壁厚、高强度、高精度角铝型材拉弯工装设计及拉弯成型工艺，在降低工装费用、优化工装设计的同时，降低人工成本，减少人工因素对加工过程的影响，提高加工效率及最终成品率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为现有数控拉弯机的结构示意图；
图2为本发明多功能铝型材拉弯成型模具的结构示意图；
图3为本发明多功能铝型材拉弯成型模具中的弧度定位块滑道结构示意图；
图4为本发明多功能铝型材拉弯成型模具中的弧度定位块结构示意图；
图5为本发明实施例中待加工型材截面图。
附图标记：工装底板1、弧度定位块2、预拉伸应变控制刻度线3、弧度定位刻度线4、弧度定位块滑道5、定位安装孔6、微调定位块7、螺栓连接孔8、圆弧形定位块9、高度调节螺母10、弧度微调螺母11、紧固螺母12。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图2～5所示的一种多功能铝型材拉弯成型模具，包括固定在拉弯机工作台上的工装底板1，工装底板1上开设有4个定位安装孔6，通过定位安装孔内插入合适的螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上。
工装底板1上固定安装有若干条呈辐射状的弧度定位块滑道5，弧度定位块滑道5上滑动安装有弧度定位块2，弧度定位块2包括圆弧形定位块9和微调定位块7，微调定位块7的纵向开设有螺栓连接孔8，通过在螺栓连接孔8内插入合适的螺栓紧固件将微调定位块固定在弧度定位块滑道5上。圆弧形定位块9与微调定位块7相对的一侧两端均开设有t型槽，每个t型槽内滑动安装有两个高度调节螺母10，微调定位块7内穿设有四根螺杆，微调定位块7与圆弧形定位块9相对一侧的螺杆上螺纹安装有弧度微调螺母11，微调定位块远离圆弧形定位块一侧的螺杆上螺纹安装有紧固螺母12。
弧度定位块滑道5上开设有弧度定位刻度线4，通过弧度定位刻度线4能够调节弧度定位块的弧度。工装底板上端固定安装有预拉伸应变控制刻度线3，用于铝型材对中和拉弯过程中预拉伸量控制。
该一种多功能铝型材拉弯成型模具的拉弯成型工艺，包括以下步骤：
a、在定位安装孔内插入合适的螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上调整并紧固；
b、微调定位块通过弧度定位块滑道上的弧度定位刻度线确定位置，并通过在螺栓连接孔内插入合适的螺栓紧固件与工装底板固定连接；
c、根据零件不同弧段位置壁厚，将圆弧形定位块移动至合适位置，根据零件不同弧度处的厚度调节圆弧形定位块高度，调节圆弧形定位块上高度调节螺母的位置使其与微调定位块上弧度微调螺母相对；
d、根据零件不同段的弧度以及所需回弹量调节弧度微调螺母，使圆弧形定位块和微调定位块中间间隙满足微调最终弧度，并采用紧固螺母进行紧固；
e、拉弯成型模具曲率弧度外形确定后，将待拉弯的铝型材放置在拉弯成型模具外侧，采用与之匹配的加工工艺进行拉弯加工。
即首先将拉弯成型模具安装在数控拉弯机上，根据拉伸缸钳口及待加工型材需要调整工装高度并固定；完成工装安装后采用设备传感器进行数控程序采集，采集数据录入设备并试运转测试无误后即可进行上机加工；型材上机时采用钳口将型材两端夹紧固定，调整拉伸缸位置使型材与工装边线接触，即处于可拉弯加工状态。
拉弯包括三个阶段，首先是预拉伸阶段，工装底板初始刻度位置与型材初始位置采用记号笔进行标记，待拉伸至型材与工装底板刻度1％变形量以上位置时，停止拉伸，并保持10s以上已得到充分变形。
其次是包覆阶段，在材料弯曲包覆阶段采用变力包覆，根据材料全程拉伸曲线拟合统计函数，程序设定力大于对应应变函数下应力。以使得材料在包覆阶段，弯曲内层金属处于拉应力状态，达到充分变形。
最后是补拉伸，通过控制应变量，固化在包覆结束时接近拉伸缸两侧弧度形状。
实施例
采用本专利设计开发的工装及其配套加工工艺进行了一种用于航空大型高精度挤压结构件的拉弯生产，该产品具有曲率半径大、精度要求高等特点，具有很高的加工难度及技术壁垒，待加工型材截面如图5所示。
首先，将工装底板固定于拉弯设备平台上，依照零件所需的弧度要求，将弧度定位块，通过工装底板所需刻度对齐，并在所需位置采用螺栓连接。然后调节微调定位块和圆弧形定位块中的滑轨使得圆弧形定位块上高度调节螺母与微调定位块上弧度微调螺母的螺栓端头相配合，并根据零件厚度调节螺栓在滑轨的位置并用微调定位块上紧固螺母进行紧固。最后，通过零件弧度及预设回弹量调节紧固螺母进行弧度微调，使调节微调定位块和圆弧形定位块中间间隙达到所需要求，并采用紧固螺母进行固定及紧固。
确定拉弯工装曲率弧度外形后将拉弯工装安装在数控拉弯机上，根据拉伸缸钳口及待加工型材需要调整固定工装高度；采用设备传感器进行数控程序采集，实现拉弯工装轮廓记录，采集数据录入设备生成数控程序，经过空机试运行测试无误后上机固定待加工型材；采用数控拉弯机两端拉伸缸配合钳口将待加工型材两端夹紧固定，调整拉伸缸位置使型材处于可拉弯状态后，对材料初始位置与工装对应初始刻度位置做标记，并进行预拉伸；当达到所需变形量后，保持此状态10s以上，开始进行弯曲包覆；拉伸缸转动弯曲型材使其包覆拉弯工装，至弯曲极限位置后停止转动；根据待加工型材实际情况进行补拉伸工序；补拉伸完成后卸载型材，完成型材拉弯加工，最终折弯成品。
该拉弯成型工艺相较于传统专用拉弯工装及加工方案，本方案生产产品在符合设计图纸要求的同时，降低了前期工艺摸索成本和工装制造成本，为生产者带来可观的实际效益。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种多功能铝型材拉弯成型模具，其特征在于，包括工装底板和若干条固定安装在工装底板上呈辐射状的弧度定位块滑道，弧度定位块滑道上滑动安装有弧度定位块，弧度定位块包括圆弧形定位块和微调定位块，微调定位块的纵向开设有螺栓连接孔，通过在螺栓连接孔内插入螺栓紧固件将微调定位块固定在弧度定位块滑道上，圆弧形定位块与微调定位块相对的一侧两端均开设有t型槽，每个t型槽内滑动安装有高度调节螺母，微调定位块内穿设有螺杆，微调定位块与圆弧形定位块相对一侧的螺杆上螺纹安装有与高度调节螺母相对应的弧度微调螺母，微调定位块远离圆弧形定位块一侧的螺杆上螺纹安装有紧固螺母。
2.如权利要求1所述的多功能铝型材拉弯成型模具，其特征在于，所述工装底板上开设有2个以上定位安装孔，通过定位安装孔内插入螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上。
3.如权利要求2所述的多功能铝型材拉弯成型模具，其特征在于，所述弧度定位块滑道上开设有弧度定位刻度线，通过弧度定位刻度线能够调节弧度定位块的弧度。
4.如权利要求3所述的多功能铝型材拉弯成型模具，其特征在于，所述工装底板上端固定安装有预拉伸应变控制刻度线，用于铝型材对中和拉弯过程中预拉伸量控制。
5.一种多功能铝型材拉弯成型模具的拉弯成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、在定位安装孔内插入合适的螺栓紧固件将工装底板固定在拉弯机工作台上调整并紧固；
b、微调定位块通过弧度定位块滑道上的弧度定位刻度线确定位置，并通过在螺栓连接孔内插入合适的螺栓紧固件与工装底板固定连接；
c、根据零件不同弧段位置壁厚，将圆弧形定位块移动至合适位置，根据零件不同弧度处的厚度调节圆弧形定位块高度，调节圆弧形定位块上高度调节螺母的位置使其与微调定位块上弧度微调螺母相对；
d、根据零件不同段的弧度以及所需回弹量调节弧度微调螺母，使圆弧形定位块和微调定位块中间间隙满足微调最终弧度，并采用紧固螺母进行紧固；
e、拉弯成型模具曲率弧度外形确定后，将待拉弯型材放置在拉弯成型模具外侧，采用与之匹配的加工工艺进行拉弯加工。
6.如权利要求5所述多功能铝型材拉弯成型模具的拉弯成型工艺，其特征在于，步骤e待拉弯型材的拉弯工艺为：首先将拉弯成型模具安装在数控拉弯机上，根据拉伸缸钳口及待拉弯型材需要调整工装高度并固定；完成工装安装后采用设备传感器进行数控程序采集，采集数据录入设备并试运转测试无误后进行上机加工；型材上机时采用钳口将型材两端夹紧固定，调整拉伸缸位置使型材与工装边线接触，待拉弯型材处于待拉弯加工状态。
技术总结